硅储能获得美国军方 1000 万美元的情书

硅储能获得美国军方 1000 万美元的情书

美国国防部一直在寻找更好的电池来为未来的电气化士兵提供动力。他们利用新的硅技术来提供更轻的重量和更长的使用寿命。为了万无一失,国防部还刚刚投入了 1000 万美元,以帮助确保国内硅基储能供应链的安全。

外包和扩大硅储能技术

储能公司 NanoGraf 赢得了价值 1000 万美元、为期 18 个月的合同。这笔钱专门用于在芝加哥建造一家新工厂。一旦投入运营,它将成为美国同类产品中的第一家大批量制造工厂。

NanoGraf 的目标是用于电池阳极的氧化硅初始产量为每年 35 吨,完全扩大后的目标是每年 1,000 吨。

NanoGraf 预计其材料的成本将与石墨大致相同,石墨是目前锂离子电池阳极的首选材料,但性能会好得多。

该公司去年遇到了CleanTechnica雷达,当时它宣布国防部拨款 165 万美元用于开发其 18650 电池。

“国防部的拨款旨在开发与所有便携式电池兼容的基于硅阳极的锂离子技术,”NanoGraf 解释说。 “与传统的石墨阳极锂离子电池相比,我们的目标是将设备运行时间增加 50-100%,并使电池的保质期超过两年,并在 -4° F 至 -4° F 的宽温度范围内运行华氏 131 度。”

该项目涉及 NanoGraf 的便携式 3.8Ah(安培小时)18650 电池,该电池已于今年早些时候投入商业生产。

NanoGraf 还获得了另外 100 万美元的国防部拨款,用于开发 4.3Ah 版本。

“在性能改进通常非常小的行业中,4.3Ah 将是能量密度的显着增加,达到 870Wh/L,”NanoGraf 解释道。对于该电池,该公司计划在 2024 年第二季度进行大批量生产,并在年底前实现现场使用。

为什么选择硅?

硅电池问世已久。一小部分重量的硅可用于石墨电池,但要突破真正的硅电池一直是一个艰难的过程。

NanoGraf 硅阳极的初步研究始于 10 多年前,在能源部的阿贡国家实验室和伊利诺伊州的西北大学。 NanoGraf 于 2012 年以 SiNode Systems 的名义启动。

阿贡实验室是与劳伦斯伯克利、可再生能源、橡树岭、太平洋西北地区和桑迪亚国家实验室组成的硅电池联盟的一部分,以“克服与开发基于硅碳电极的先进阳极相关的障碍”。

Argonne 解释说:“硅是一种非常有吸引力的单独石墨碳替代品,因为它具有更高的储能理论容量,每克容量高出近一个数量级,并且由于它在全球各个行业中的使用而具有相对可用性。” “然而,在含有大量元素硅(约 15%)并因此具有更高能量密度的电极中,有几个问题严重限制了日历寿命。”

太平洋西北国家实验室很好地说明了导致硅基储能商业开发的漫长研发尾巴。 CleanTechnica于 2020 年 12 月赶上了实验室。

“早在 2010 年,PNNL 就在硅的协助下策划电动汽车电池石墨阳极的消亡,”我们观察到。 “2014 年,PNNL 的一组研究人员创造了一种用碳强化的硅“海绵”来代替石墨。”

最近的突破出现在 2020 年春天,当时阿贡宣布改进海绵状结构。

更好的电动汽车储能

除了用于便携式储能领域,硅也引起了电动汽车制造商的关注。

早在 2019 年,Nanograf 就获得了美国汽车研究委员会联盟颁发的 750 万美元奖金,该联盟当时由福特、通用汽车和菲亚特克莱斯勒汽车集团组成。在 Stellantis 的新名称下,克莱斯勒、吉普、道奇、拉姆和菲亚特的 FCA 集团仍然是该财团的一部分。

美国能源部也一直在为硅电池开发以及一系列旨在提高电动汽车电池性能的其他技术拨款。

去年 10 月,通用汽车提高了赌注,与另一家美国公司进行了史无前例的合作,旨在将硅纳米线技术引入汽车制造商的 Ultium EV 电池系列。

未来的电气化军队

美国陆军距离车辆电气化还有很长的路要走,但便携式电子产品几代以来一直是战争的一个特征,国防部一直在寻找减轻储能负荷的新技术。

近年来的一项关键突破是可以戴在背心上的柔性电池组。所谓的保形可穿戴电池可以为多个连接的设备供电。

下一步是为未连接到 CWB 的设备简化电池供应链。硅电池将有助于解决部分问题,但这仍然给陆军留下了长期存在的互操作性问题。

去年,陆军提请注意需要一种更精简的储能方法,重点放在武器以及无线电、GPS 和夜视设备上。

这项工作由陆军未来司令部牵头,缩写为 STUB,表示小型战术通用电池。目标是创建一套由八种不同尺寸的电池组成的套件,所有电池都具有相同的接口。

“现在是标准化电源的好时机,因为陆军正在优先考虑现代化和部署比当前系统需要更多能量的更强大功能的电子设备,”Nathan Sharpes 博士解释说,他是 AFC 战斗能力开发分支机构的研究机械工程师命令(DEVCOM)。

陆军强调:“目标是避免目前为每件装备配备专有电池的模式,因为技术开发商历来为新功能提供独特的电池。” “每种电池尺寸都提供不同的能量,士兵可以根据他们的任务需要从中选择。这种可互操作的电池系统将无缝地为任何设备提供所需的正确电压和功率水平。”

“目前,当一名士兵在执行任务时携带五件不同的装备,每件都有独特的电池外形,以及备件,这是额外的重量和需要跟踪的物品,”Sharpes 补充道。 “有了这个可互操作的电池系列,士兵们将在认知和身体上看到好处。”

除了现场优势外,陆军预计其采购和后勤成本将会下降。陆军还希望设备制造商能够将更多的时间和精力集中在提高设备性能上。

与此同时,不要放弃陆军的电动汽车。去年 3 月,陆军预备役宣布打算在第 27 财年结束前将其所有非战术车辆电气化。美国国防承包商 Oshkosh 也在推动电动汽车的发展,这可能意味着该公司的库存中有更多电动汽车与美国邮政服务签订合同。

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照片:士兵展示可穿戴储能装置,由美国陆军提供。

硅储能获得美国军方 1000 万美元的情书    来源:CleanTechnic

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