Ο Flint θέλει να διαταράξει τη βιομηχανία μπαταριών με χαρτί

Οι μπαταρίες ιόντων λιθίου έχουν

γίνει το πρότυπο στην επανάσταση της ηλεκτροδότησης. Στην πραγματικότητα, έχουν γίνει τόσο αναμφισβήτητα αναπόσπαστο μέρος της ανάπτυξης των μπαταριών που όλοι, από την κυβέρνηση μέχρι τις αυτοκινητοβιομηχανίες έως το μεγάλο πετρέλαιο σπεύδουν να ενισχύσουν την πρόσβαση στο ορυκτό.

Το μόνο πρόβλημα είναι ότι το λίθιο είναι ακριβό, χρονοβόρο και εντατική εργασία στην εξαγωγή. Και αυτή η διαδικασία εξόρυξης επιβαρύνει το περιβάλλον. Το ίδιο ισχύει και για τα άλλα υλικά που μπαίνουν σε μια μπαταρία, όπως το νικέλιο, το κοβάλτιο και ο γραφίτης.

Μια χούφτα νεοσύστατες επιχειρήσεις έχουν προκύψει για να ασχοληθούν με διαφορετικές χημικές ουσίες σε μια προσπάθεια να κατασκευάσουν μπαταρίες που είναι πιο αποτελεσματικές, ελαφριές και φιλικές προς το περιβάλλον. Συνήθως ανταλλάσσουν μερικά από τα τυπικά υλικά, αλλά σπάνια παραιτούνται από το λίθιο.

Η Enter Flint, μια startup από τη Σιγκαπούρη που λέει ότι έχει βρει έναν τρόπο να αντικαταστήσει το λίθιο σε μια μπαταρία με χαρτί.

«Οι μπαταρίες χαρτιού είναι πολύ νέες σε αυτόν τον κόσμο και υπάρχουν μόνο λίγα ιδρύματα που εργάζονται σε αυτήν την τεχνολογία αυτή τη στιγμή», δήλωσε στο TechCrunch ο Carlo Charles, συνιδρυτής στο Flint. «Εργαζόμαστε για την αλλαγή των υλικών, επομένως αντί να συντήκουμε λίθιο, νικέλιο και κοβάλτιο, χρησιμοποιούμε χαρτιά ψευδαργύρου, μαγγανίου και κυτταρίνης. Με αυτά τα τρία πράγματα μπορούμε να αλλάξουμε τον τρόπο χρήσης της μπαταρίας, αλλά να διατηρήσουμε τον τρόπο κατασκευής της μπαταρίας. Αυτό είναι λοιπόν το πάνω χέρι που έχουμε σε σύγκριση με άλλες στρατηγικές και τεχνολογίες μπαταριών εκεί έξω».

Η Flint, η οποία συμμετείχε στο TechCrunch Disrupt 2023 Startup Battlefield, ξεκίνησε να παράγει τις μπαταρίες χαρτιού μόλις το

2022

, αλλά η εταιρεία έχει ήδη ένα πρωτότυπο. Οι αρχικές δοκιμές ήταν πολλά υποσχόμενες και τώρα η Flint θέλει να βρει συνεργάτες με τους οποίους θα δοκιμάσει τις μπαταρίες χαρτιού της σε καταναλωτικά προϊόντα.

Καλό ακούγεται, αλλά πώς λειτουργεί;

Πρώτα πρέπει να καταλάβετε λίγο για τις κανονικές μπαταρίες ιόντων λιθίου. Αποτελούνται από τέσσερα συστατικά: την άνοδο (το αρνητικό ηλεκτρόδιο), την κάθοδο (το θετικό ηλεκτρόδιο), τον διαχωριστή και τον ηλεκτρολύτη. Ο ηλεκτρολύτης, που είναι ένα υγρό υλικό, κάθεται στη μέση και λειτουργεί ως ταχυμεταφορέας, μετακινώντας ιόντα μεταξύ των ηλεκτροδίων κατά τη φόρτιση και την εκφόρτιση.

Η μπαταρία του Flint έχει μόνο τρία εξαρτήματα: μια άνοδο με βάση ψευδάργυρο, μια κάθοδο με βάση το μαγγάνιο και τον διαχωριστή χαρτιού. Το Flint επικαλύπτει το χαρτί κυτταρίνης, την άνοδο και την κάθοδό του σε υδρογέλη πριν το ψήσει σε φούρνο κενού — στην πραγματικότητα δημιουργεί ένα χαρτί κυτταρίνης ενισχυμένο με υδρογέλη. Η υδρογέλη είναι ένα «έξυπνο» υλικό που μπορεί να αλλάξει τη δομή του ως απόκριση στο περιβάλλον του, όπως θερμοκρασία, επίπεδα pH, αλάτι ή νερό. Είναι επίσης η μυστική σάλτσα του Flint επειδή επιτρέπει τη μεταφορά ηλεκτρονίων μεταξύ της ανόδου και της καθόδου χωρίς να χρειάζεται τόσο ο διαχωριστής όσο και ο ηλεκτρολύτης.

Και προφανώς λειτουργεί — αρκετά καλά ώστε, ενώ η χημική σύνθεση της μπαταρίας αλλάζει, η δομή και η διαδικασία κατασκευής της μπαταρίας παραμένουν η ίδια. Με άλλα λόγια, οι μπαταρίες του Flint μπορούν, μια μέρα, να χρησιμοποιηθούν εναλλακτικά με τις μπαταρίες λιθίου

σήμερα

, λέει ο Charles.

«Μπορούμε απλώς να χρησιμοποιήσουμε τις υπάρχουσες τεχνολογίες που υπάρχουν ήδη εκεί έξω, να βάλουμε στη συνταγή μας και μπορούμε εύκολα να έχουμε μια γραμμή παραγωγής με μπαταρίες χαρτιού», είπε ο συνιδρυτής, σημειώνοντας ότι άλλες λύσεις όπως οι μπαταρίες υδρογόνου ή νατρίου απαιτούν αλλαγή του τρόπου γίνεται ένα προϊόν. «Αυτό που είναι υπέροχο για εμάς είναι ότι διευκολύνουμε τους κατασκευαστές και τους προμηθευτές να αλλάζουν απλώς παλιές μπαταρίες λιθίου με τις μπαταρίες χαρτιού μας».

Ο Τσαρλς είπε ότι ο Φλιντ επέλεξε τον ψευδάργυρο και το μαγγάνιο αντί για το λίθιο, το κοβάλτιο και το νικέλιο επειδή τα δύο πρώτα είναι πιο άφθονα υλικά, κάτι που είναι σημαντικό όταν συζητάμε τη

βιωσιμότητα

στη βιομηχανία μπαταριών.

Είπε ότι είναι επίσης πιο ασφαλή υλικά από αυτά που χρησιμοποιούνται στις σημερινές μπαταρίες, οι οποίες είναι εξαιρετικά αντιδραστικές. Δεν χρειάζεται να κοιτάξουμε πέρα ​​από τις πολλές πυρκαγιές μπαταριών που έχουν πυροδοτηθεί από μπαταρίες λιθίου για να δούμε ότι τα ασφαλέστερα κρίσιμα υλικά είναι μια ελκυστική προοπτική.

«Μπορείτε να κόψετε κυριολεκτικά την μπαταρία μας ενώ είναι σε λειτουργία και θα συνεχίσει να λειτουργεί χωρίς υπερθέρμανση ή έκρηξη όπως περιμένουμε να κάνουν οι μπαταρίες λιθίου», είπε ο Charles.

Τα υλικά που χρησιμοποιούνται στις χάρτινες μπαταρίες της Flint τους επιτρέπουν επίσης να λειτουργούν σε ένα εύρος θερμοκρασιών από αρνητικούς 15 βαθμούς Κελσίου έως 80 βαθμούς Κελσίου, ανοίγοντας μια μεγαλύτερη γκάμα δυνατοτήτων προϊόντων και δίνοντας ένα παράδειγμα για το πώς η απόδοση δεν θα υποβαθμιστεί με την πάροδο του χρόνου. Τα υλικά στις σημερινές μπαταρίες, είπε, μπορούν να λειτουργήσουν μόνο από 15 βαθμούς Κελσίου έως 35 βαθμούς Κελσίου.

«Οι μπαταρίες λιθίου είναι πραγματικά καλές για το βάρος, τη χωρητικότητα και τον όγκο, αλλά δεν είναι τόσο αποτελεσματικές για το κόστος και την ασφάλεια», είπε ο Charles.

Οι χάρτινες μπαταρίες του Flint κινούν τη βελόνα σε σχέση με το κόστος και την ασφάλεια, και ταιριάζουν ήδη με τα πρότυπα των μπαταριών λιθίου όσον αφορά την τάση και το ρεύμα. Αλλά οι μπαταρίες χαρτιού έχουν πολύ δρόμο να διανύσουν για να ταιριάξουν με τη χωρητικότητα των μπαταριών λιθίου. Συγκεκριμένα, η Flint χρειάζεται να αυξήσει την ογκομετρική πυκνότητα των μπαταριών της.

«Επομένως, αν βάλετε αυτήν την χάρτινη μπαταρία σε μια μπαταρία ΑΑ, για παράδειγμα, μπορούμε να παρέχουμε μόνο περίπου το 60% ή το 70% της ενεργειακής πυκνότητας μιας μπαταρίας λιθίου», είπε ο Τσαρλς. «Εστιάζουμε λοιπόν σε δύο πράγματα. Το νούμερο ένα αυξάνει αυτόν τον αριθμό σε υψηλότερο επίπεδο. Και το νούμερο δύο είναι να δούμε αν υπάρχουν εφαρμογές που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σήμερα με αυτούς τους αριθμούς, όπου η ενεργειακή πυκνότητα δεν είναι τόσο σημαντική».

Η Flint πρέπει επίσης να βελτιώσει τον κύκλο ζωής των μπαταριών της πριν βγουν στην αγορά. Ο Charles λέει ότι μια μπαταρία λιθίου που έχει δοκιμαστεί πάνω από 2.000 κύκλους ζωής θα δει την υγεία της να υποτιμάται στο 60%. Το Flint έχει τους πόρους για να δοκιμάσει μόνο για 1.000 κύκλους ζωής, αλλά σε αυτούς τους κύκλους ζωής, η υγεία της μπαταρίας πέφτει στο 70%.

Ο Τσαρλς σημείωσε ότι είναι περήφανος για όσα μπόρεσε να επιτύχει η μικρή ομάδα του από πέντε υπαλλήλους και τέσσερις συμβούλους, δεδομένων των περιορισμένων πόρων του Φλιντ. Η startup συγκέντρωσε 50.000 δολάρια και η κυβέρνηση της Σιγκαπούρης της έδωσε άλλα 100.000 δολάρια. Με αυτό, ο Flint μπόρεσε να δημιουργήσει ένα καθαρό δωμάτιο στο MacGyver για να φτιάξει μπαταρίες και να τις δοκιμάσει.

Οι μπαταρίες θα πρέπει να κατασκευάζονται σε δωμάτια που είναι τόσο καθαρά και στεγνά ώστε να μην υπάρχει κόκκος σκόνης ή υγρασία. Οι συνθήκες πρέπει να είναι ακριβείς και τα μηχανήματα που εμπλέκονται είναι συνήθως αυτοματοποιημένα. Ο Τσαρλς περιέγραψε αστειευόμενος το «πολύ ανοιχτό περιβάλλον» στο οποίο ο Flint παράγει τα πρωτότυπά του σήμερα ως «ακριβώς εκεί που δεν θα έπρεπε να φτιάχνεις μπαταρίες».

«Πήγα σε ένα εργοστάσιο μπαταριών πρόσφατα και έχουν αυτό το μεγάλο μηχάνημα πολτού όπου βάζεις τις σκόνες για να τις μετατρέψεις σε υγρή μορφή, και λειτουργούν αυτό το τεράστιο μηχάνημα, που έχει σχεδόν το μισό μέγεθος του δωματίου μου, και το λειτουργούν 12 ώρες μόνο για να φτιάξω ένα συστατικό πολτού», είπε ο Τσαρλς. «Ξέρετε τι κάνουμε για να φτιάξουμε τις μπαταρίες μας; Χρησιμοποιούμε αυγοδάρτη, και το χτυπάμε για τρεις ώρες με τα χέρια μας. Και οι αριθμοί μας είναι αξιοπρεπείς ακόμα και με όλα αυτά. Φανταστείτε να είχαμε τους πόρους και τις εγκατασ

τάσεις

».

Μετακίνηση από πρωτότυπο σε προϊόν

Το Flint βρίσκεται στο τελευταίο σκέλος του ταξιδιού του για τη βελτιστοποίηση της χημείας της μπαταρίας. Από εκεί, η εταιρεία θα είναι σύντομα έτοιμη να προχωρήσει στην κατασκευή και παραγωγή και θα προσπαθήσει να κάνει άλλες εταιρείες να χρησιμοποιούν μπαταρίες χαρτιού Flint στα προϊόντα τους.

Για να φτάσει σε ένα σημείο κλίμακας αρχικά, ο Charles είπε ότι ο Flint θα πρέπει να επικεντρωθεί σε δύο από τα ακόλουθα τρία σημεία αναφοράς: βάρος, χωρητικότητα και όγκος. Εάν η εκκίνηση θυσιάζει να πάρει το σωστό βάρος για να επικεντρωθεί στη μείωση του όγκου και στην αύξηση της χωρητικότητας, μπορεί να προσπαθήσει να βγει στην αγορά με συστήματα αποθήκευσης ενέργειας (ESS). Ο Flint συνεργάζεται ήδη με έναν από τους μεγαλύτερους παρόχους ESS της Σιγκαπούρης, σύμφωνα με τον Charles.

Η εταιρεία θα μπορούσε επίσης να θυσιάσει τη χωρητικότητα και να επικεντρωθεί περισσότερο στην κατασκευή μπαταριών με λιγότερο βάρος και όγκο, κάτι που θα αποτελούσε την ιδανική εφαρμογή για απομακρυσμένους αισθητήρες και φορητές συσκευές.

Το μακροπρόθεσμο όραμα θα ήταν να καταλάβουμε πώς θα θυσιάσουμε τον όγκο, την αύξηση της χωρητικότητας και το χαμηλότερο βάρος, γεγονός που θα έκανε τις μπαταρίες πιο κατάλληλες για ηλεκτρικά

οχήματα

.

«Είμαστε σε συζητήσεις με την Airbus, η οποία προσπαθεί να ηλεκτροδοτήσει τα αεροπλάνα της για το μέλλον», είπε ο Τσαρλς. «Μακροπρόθεσμα, θα θέλαμε να είμαστε σε θέση να τους βοηθήσουμε και να φτιάξουμε μπαταρίες με προσαρμοσμένο σχήμα, καθώς είναι χάρτινες και ευέλικτες. Θα μπορούσαν να έχουν το σχήμα ενός φτερού ή ολόκληρου του καμπυλωμένου σώματος του αεροπλάνου».