Dezvoltarea unor baterii mai bune necesită rezolvarea problemelor ce implică știința materialelor, chimia și procesul de fabricație. O companie denumită StoreDot a reușit să dezvolte o baterie care să permită încărcarea vehiculelor electrice în doar 5 minute.
Într-o anumită măsură, StoreDot folosește idei care au existat, de-a lungul anilor, în cadrul unor laboratoare și a unor startup-uri de cercetare. Totuși, compania a utilizat aceste idei într-un mod diferit. StoreDot se bazează pe ideea că nu autonomia totală a unui vehicul electric este factorul cel mai important, ci viteza cu care bateriile acestora se încarcă. Așadar, în timp ce StoreDot utilizează și cercetările privind tehnologiile care permit dezvoltarea unor baterii litiu-ion cu capacități de stocare mai mari, compania sacrifică o parte din această capacitate pentru a face încărcarea mai rapidă.
Altfel spus, reprezentații companiei au declarat că oamenii ar prefera să încarce mașinile timp de cinci minute și să obțină o autonomie de 300 km decât să aibă o mașină cu o autonomie de 600 km care se încarcă complet în decurs de o oră.
La nivel de hardware, implicațiile acestor viteze, sunt dictate, în mare parte, de gestionarea căldurii. Încărcarea unei baterii produce multă căldură. Pentru a face față acestei călduri, StoreDot produce, în esență, o baterie difuză ce prezintă mult spațiu între celulele individuale. Celulele au goluri semnificative între ele, iar carcasa bateriei prezintă orificii care permit trecerea fluxului de aer. Bateria este montată pe un suport cu ventilatoare care forțează pătrunderea aerului prin baterie pentru a menține căldura sub control.
Totuși, există un dezavantaj foarte evident: o densitate energetică a bateriei mult mai mică. Asta se traduce prin dezvoltarea unor baterii mult mai mari pentru obținerea unor autonomii îmbunătățite. StoreDot compensează acest inconvenient lucrând la o tehnologie care permite o capacitate de încărcare mult mai mare, care compensează densitatea mai mică a materialelor. În cele din urmă, bateriile ar trebui să prezinte o autonomie similară cu cea a bateriilor existente, în ciuda unei cantități mai mici de material în interior.
Toate bateriile litiu-ion prezintă electrozi din materiale care pot stoca ioni de litiu atunci când nu există transfer de sarcini de la un electrod la altul. Un material utilizat în mod obișnuit este grafitul, o formă de carbon care este compusă din mai multe straturi de grafen, care permit stocarea ionilor de litiu. Totuși, există și alte materiale, inclusiv sulf și siliciu, care pot stoca mult mai mult litiu pe unitate de material. Sulful tinde să provoace reacții chimice nefericite în interiorul bateriei, dar siliciul nu prezintă aceste probleme.
Cu toate acestea, siliciul nu este utilizat deoarece stocarea unei cantități mari de litiu în siliciu determină expansiunea siliciului. Ciclul de expansiune/contracție care vine odată cu încărcarea și descărcarea bateriei poate deteriora orice microstructură a siliciului sau, la scară mai mare, poate deteriora integritatea structurală a bateriei în sine. Așadar, gestionarea schimbărilor de volum a fost văzută ca o cheie în crearea unor baterii funcționale litiu-ion pe bază de siliciu.
StoreDot rezolvă o parte din această problemă prin rezolvarea problemei căldurii. Componentele individuale sunt mai subțiri pentru a permite evacuarea mai ușoară a căldurii, astfel încât, chiar dacă dilatarea este aceeași, din punct de vedere procentual, valoarea sa absolută este mai mică.
În timp ce acest lucru rezolvă problemele la scară largă, cele la scară mică, care apar atunci când electrozii unei celule individuale se dilată și se contractă, rămân. Aici, soluția companiei pare să se suprapună cu unele cercetări efectuate în anul 2017. În cadrul acelor cercetări, siliciul a fost transformat în nanoparticule, iar electrodul, format din straturi de nanoparticule, a prezentat o suprafață mai mare, care a favorizat încărcarea rapidă.
În mod similar cu cercetările anterioare, nanoparticulele sunt menținute în electrod cu ajutorul unei plase flexibile, care se poate expanda odată cu siliciul. StoreDot a indicat faptul că plasa este realizată dintr-un polimer flexibil care se poate vindeca și în cazul în care apar fisuri. Totuși, în comparație cu grafenul care este extrem de conductiv, nu este clar dacă acel polimer este conductiv. Dacă acesta nu prezintă conductivitate, atunci există, fără îndoială, un alt material implicat care trebuie să se flexeze, pe măsură ce nanoparticulele de siliciu se dilată și se contractă.
Totuși, un fapt cheie este acela că, deși bateriile de test sunt menite să aibă performanțe similare cu versiunile finale, produse în serie, acestea nu sunt identice din punct de vedere chimic. Pentru a ușura prima etapă de fabricație, StoreDot a folosit un alt element decât siliciu, și anume germaniul. Germaniul este mult mai ușor de prelucrat decât siliciul și interacționează cu litiul în același mod. Totuși, un dezavantaj al acestui material este prețul mult mai mare. În prezent, nu se poate determina cât de provocatoare va fi înlocuirea germaniului cu siliciul.
