Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Alles zum Energiespeicher eines Elektroautos

Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon Twizyflu » Di 11. Jun 2013, 21:20

Aber was ich nicht verstehe?
Wie macht es dann Tesla?
Bauen die einfach mehr Zellen ein oder haben die einfach "bessere"?
Die haben ja 60 kWh und 85 kWh akkus.
Das muss ja auch enorm viel Platz brauchen.
Der Zoe zb. ist vll kleiner, aber da reden wir von einem Drittel (!?) der Kapazitäten des Tesla Model S.
Wie wird das gemacht?
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon Jürg » Di 11. Jun 2013, 21:29

Twizyflu hat geschrieben:
Aber was ich nicht verstehe?
Wie macht es dann Tesla?
Bauen die einfach mehr Zellen ein oder haben die einfach "bessere"?
Die haben ja 60 kWh und 85 kWh akkus.
Das muss ja auch enorm viel Platz brauchen.
Der Zoe zb. ist vll kleiner, aber da reden wir von einem Drittel (!?) der Kapazitäten des Tesla Model S.
Wie wird das gemacht?


Schau mal hier

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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon Twizyflu » Di 11. Jun 2013, 21:35

Dankeschön, genau das habe ich gesucht.
Wobei... wieso ist der Zoe da net drin?
Ist der gleich wie beim Leaf? :)
Oder weils den damals einfach noch nicht gab (von den Daten her).
Denn das Model S gibts ja in dem alten Artikel auch net :)
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon agentsmith1612 » Mi 12. Jun 2013, 05:56

Twizyflu hat geschrieben:
Das muss ja auch enorm viel Platz brauchen.

Brauchen sie eben nicht.
Das hier ist die Batterie des Model S: http://i.i.com.com/cnwk.1d/i/tim/2010/1 ... pack01.jpg

Ist halt der ganze Unterboden vom Auto auf fast ganzer Fläche. Sehr breit, sehr lang aber sehr flach.
Die nehmen einfach die normalen Rundezellen 18650 (http://www.all-battery.com/ProductImage ... 0PCB_4.JPG) und stellen die senkrecht auf.

Zoe und andere nutze die Flachzellen (auch Tüten genannt) die man für effektive Kühlen nur stellen und hintereinanderpacken kann. Die Packs sind dann höher und können nicht so einfach flach unter den Unterboden, damit ergibt sich dann nicht die Möglichkeit den ganzen Unterboden zu nutzen.

Wenn man das Akkuvolumen, Tesla, Leaf, Zoe und Ampera ins Verhältnis zur Kapazität setzt kann hat Tesla das beste Kapazitäts/Volumenverhältnis, weil sie einfach am dichstesten Packen und den Platz da ausnutzen wo niemand ihn braucht.


Guy hat geschrieben:
Ich habe den Thread jetzt nur quergelesen, entschuldigt also, wenn das bereits erwähnt wurde.

Panasonic sollte aktuell eine Zelle mit einer Anode auf Basis eine Silizium Legierung im Programm haben.
http://panasonic.co.jp/corp/news/offici ... 225-3.html

Die Pressemitteilung ist zwar von 2009, die 4 Ah Zelle wurde damals jedoch für 2013 angekündigt.

Ich bin ja mittlerweile grundsätzlich skeptisch, wenn Quantensprünge angekündigt werden. Wenn man sich die Graphen einmal ansieht, ist vom Quantensprung nach wenigen Zyklen nicht mehr viel vorhanden. Ich glaube deshalb eher nicht, dass uns in den kommenden Jahren große Sprünge bevorstehen, was jedoch nicht bedeutet, dass die Energiedichte nicht durch inkrementelle Verbesserungen um ein paar Prozent jedes Jahr verbessert werden können.

Durch die relativ langen Produktzyklen im Automobilbereich, glaube ich zudem nicht daran, dass neue Entwicklung schnell Einzug halten werden. Wenn ich tippen müsste, dann sehen wir ohne Quantensprung etwa 30 Prozent Verbesserung bei der Energiedichte bis 2020, was zu 300 km Reichweite für 'normale' Elektroautos führen wird. Der Preis wird für die komplette Batterie wird dabei vermutlich ähnlich sein wie heute, jedoch wird diese dann 30 Prozent mehr Kapazität bieten.

Alles andere würde mich schon sehr wundern


In fast jedem Forschungsbereich wird oft von "Quantensprung" gesprochen. Die meisten Testzellen in der Forschung und Entwicklung sind aber nur wenige cm groß. Daran wird dann vieles getestet. Erst später baut man größere und noch größere und oft machen sich negative Eigenschaften bemerkbar, die man in der kleien Zelle noch nicht hatte.
In der Realität ist es leider nicht so das man von Größe x auf Größe Y hochskalieren kann und damit das Vielfache der gewünschten Eigenschaft erhält.

In der Elektrochemie kommt dazu, dass kleineste Veränderung ander Morphologie er Elektroden schon sehr große Auswirkungen haben können. Auch theoretisch lässt sich das oft nicht vorhersagen, so dass es auf Try and Error hinausläuft.
Wenn man das dann raus hat, geht es daran, dass in großem Format in großen Zellen reproduzierbar zu machen. Das sind alles keine Aufgaben die man in 6 Monaten schafft.
Ein Auto dauert in der Entwicklung mehere Jahre.

Es wird rein aus physikalischer Sicht niemals möglich sein, einer sehr große Energiemenge auf sehr kleinem Raum unterzubringen. Wir versuchen da hinzukommen, aber irgendwann ist einfach das Ende erreicht, genau wie im Prozessorbereich wo sich vor Jahren noch die Taktfrequenzen alle 18 Monate oder schneller verdoppelt haben, aber das ist schon kalter Kaffee, heute geht es Richtung Mehrkerne, wobei wir da auch schon kaum mehr eine mehr Leistung hinbekommen.

Auch die Si-C Anode, wird nicht von jetzt auf gleich eine Verdoppelung oder Verdreifachung erreichen können, vielleicht in der Testzelle. In der später kaufbaren Zelle vielleicht 1,5 fach, und erst später in der weiteren Entwicklung wird die Chemie noch verbessert.

Übrigens wäre die beste Zellchemie Lithium und Fluorid, theoretisch wären Spannungen von 5,91 V möglich, das macht aber kein flüssig Elektrolyt mit, von daher wäre nur ein Feststoffelektrolyt möglich, aber ich weiß jetzt aus dem stehgreif nicht ob da jemand schon mal was geforscht hat, aber Lithium unterzubringen ist kein Problem das machen wir ja ohnehin schon immmer, aber Fluor und das auch noch gasförmig ? Gleiche Geschichte wie mit dem Wasserstoff. Wo will man das speichern?
Zuletzt geändert von agentsmith1612 am Mi 12. Jun 2013, 06:08, insgesamt 1-mal geändert.
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon Twizyflu » Mi 12. Jun 2013, 06:06

Nicht schlecht
Bei der Leistung und Reichweite ist das gut gelöst
Wenn sich da akku technisch noch ein bissl was tut werden die tesla wohl eine beachtliche reichweite hinkriegen
Schade, dass renault das halt so nicht macht
Wär wohl auch zu teuer?
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon dkt » Mi 12. Jun 2013, 07:29

guy hat geschrieben:
Ich bin ja mittlerweile grundsätzlich skeptisch, wenn Quantensprünge angekündigt werden. Wenn man sich die Graphen einmal ansieht, ist vom Quantensprung nach wenigen Zyklen nicht mehr viel vorhanden. Ich glaube deshalb eher nicht, dass uns in den kommenden Jahren große Sprünge bevorstehen, was jedoch nicht bedeutet, dass die Energiedichte nicht durch inkrementelle Verbesserungen um ein paar Prozent jedes Jahr verbessert werden können.


Die Erfinder dieser Silicon-Graphen-Anode behaupten, dass in dem Korsett der Kohlenstoffringe des Graphens, das eingebettete Silicon auf Nanobasis, sich bei Be- und Entladung nicht mehr desintegrieren kann. Demzufolge ist nun eine Zyklenfestigkeit zu erreichen, die für alle Anwendungen notwendig ist.

Als Laie kann ich natürlich nicht beurteilen, wie weit diese Behauptungen greifen, insbesondere auch die Aussage, dass damit herkömmliche Li-Ionen Batterien um den Faktor drei mehr, bezogen auf das Gewicht, speichern können.

Für Euch Fachleute habe ich deshalb nocheinmal eine Reihe von Quellen angehangen in der Hoffnung, diese bewertet zu bekommen. Denn wenn es so wäre wie es beschrieben wird, dann wäre es zu gut um wahr zu sein.

Quellen:

http://www.chargedevs.com/content/news- ... y-capacity
(womöglich die Aussage stärkste Quelle, mit konkreten Angaben über die Leistung)

http://www.greencarcongress.com/2013/04 ... 30411.html

http://web.anl.gov/energy-storage-scien ... phene.html

http://news.thomasnet.com/green_clean/2 ... batteries/
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon PowerTower » Mi 12. Jun 2013, 08:04

Fakt ist: die heutigen Graphitanoden sind alles andere als optimal. Sie haben eine sehr kleine Oberfläche und unterliegen starker Degradation bzw. reagieren empfindlich bezüglich "SEI". Mir wäre jede andere Anode lieber, auch wenn sie nicht unbedingt zur Steigerung der Energiedichte beiträgt. Es gibt genug andere Krankheiten bei Akkus, die es zu verbessern gilt und mit dem Wegfall von Graphit wären davon schon einige gelöst. Die Lithium-Titanat Anode hat bereits im Praxistest gezeigt, dass es dort keine Probleme mit dem SEI gibt. Wie es bei Silicon-Graphen ist weiß ich nicht, vermutlich wird es aber auch dort besser sein als bei Graphit.

dkt hat geschrieben:
Jeder kennt die Vorfeldautos auf den Flughäfen. Alle haben sie den gleichen Standplatz. Alle laufen nur auf dem Vorfeld. Warum - und ich werde immer nervöser - hat nicht die Autoindustrie längst Elektroautos mit Induktivlademöglichkeit angeboten? Die Km-Leistung ist bescheiden, der Standplatz (für Induktionsladung) ist immer der Gleiche, der Wagen fährt nicht schnell und verbraucht wenig Strom für Beschleunigungsvorgänge.

Gab es schon, zumindest als Pilotprojekt. Seit April 2011 fuhr auf dem Frankfurter Flughafen ein Citysax mit Induktivladesystem herum, bis letztes Jahr. Da ich dem Text nur positives entnehmen kann ist natürlich die Frage berechtigt, warum dieser Versuch eingestellt wurde und warum es keine Nachfolger gibt.
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon agentsmith1612 » Mi 12. Jun 2013, 14:27

Vielleicht erstmal ein wenig zur Anode selber.

Es geht hier in Sachen Graphen und Graphit ein wenig durcheinander. Im Prinzip ist es nämlich ein und das selbe Material.
Vielleicht kurz was dazu:
Graphit ist ein Kohlenstoffgerüst welches eine Schichtstruktur aufweist. Jeder Bleistift besteht daraus. Ansich besteht es aus vielen Schichten die übereinander gestapelt sind. Deswegen ist Graphit auch ein guter Leiter innerhalb einer Schicht und ein gutes Gleitmittel, denn die Schichten können sehr einfach übereinander gleiten.
Hier ein Bild: http://www.cumschmidt.de/bilder/m_graphit01.gif (Quelle: http://www.google.de/imgres?imgurl=http ... Aw&dur=974)

Die Lithiumatome lagern sie genau zwischen die Schichten, da der Abstand auf molekularer Ebene im Vergleich zu einer normalen Kohlenstoff Kohlenstoff Bindung sehr groß ist.

Graphen ist im Prinzip nur eine einige Schicht (monolayer) vom Graphit. Die erste Entdeckunung von Graphen war im Prinzip indem man einen Klebestreifen nimmt auf Graphit aufbringt und abzieht. Am Klebestreifen klebt dann im besten Fall eine einzelne Graphitschicht bzw. Graphen. Industriell ist diese Methode nicht nutzbar.

Zu den genannten Links:


http://www.chargedevs.com/content/news- ... y-capacity -->
Dort stehen zwar Daten und das sieht auch alles schon ziemlich verkaufsfertig aus mehr aber auch nicht.

http://www.greencarcongress.com/2013/04 ... 30411.html und http://news.thomasnet.com/green_clean/2 ... batteries/
gibt da schon mehr Infos raus, hier wurden, da von mir schon mal genannte Si Anode konstruiert und mit Graphen Schichten stabilisiert. Si macht hier die "Lithiumseinlagerungsarbeit" und Graphen dient nur dazu die Struktur zu stabilisieren und die Elektronen dann abzuleiten. Denn Si dehnt bei Li-Aufnahme aus.
Das größte Problem scheint die Produktion von Graphen zu sein und das Aufbauen der Anode selber, Si-Graphen-Si Schichten usw. wie auch immer.
high capacity – 1500 mA-hr/g as opposed to 372 for graphite.

Auch hier wieder wie in allen Artikeln wird ein Energiegehalt pro Masse angegeben, aber nirgendwo steht wie groß die Testzellen waren. Ich bin da doch schon etwas kritisch.

http://web.anl.gov/energy-storage-scien ... phene.html
Hier ging es so wie ich das verstehe einfach nur darum, eine schnellere Ladefähigkeit zu erreichen. Dazu hat man in Elektrode bestehend aus Graphen Schichten (=Graphit ?) Si eingebaut um Defekte (Vacancies) zu erzeugen. Dadurch konnte man dann die Ladezeit erheblich verkürzen. Aber ganz genau habe ich das auch nicht verstanden.
Wer die original Veröffentlichung haben möchte, kann mich per PN anschreiben, habe die nämlich besorgt.


Vielleicht noch ein anderern Aspekt, den wir hier noch nicht so hatten:
Gesetzt den Fall es wird in 2 oder 3 Jahren Akkus geben die 2-3 mal so viel oder noch mehr Speichern können und den Preis von heutigen Li-Ionen haben. Trotzdem muss es dann Hersteller geben die dann EVs bzw. EVs mit diesen Akkus bauen.
Zwar zieht das Argument zu wenig Reichweite dann nicht mehr, aber es gibt ja noch immer "zu teuer" und natürlich die heimlichen Interessen der Hersteller das nicht machen zu wollen.
Ich denke, dass wird noch ein kontroverses Thema.
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon dkt » Sa 15. Jun 2013, 08:26

agentsmith1612 hat geschrieben:
Zwar zieht das Argument zu wenig Reichweite dann nicht mehr, aber es gibt ja noch immer "zu teuer" und natürlich die heimlichen Interessen der Hersteller das nicht machen zu wollen.
Ich denke, dass wird noch ein kontroverses Thema.


Hallo agentsmith1612,

vielen Dank erst mal für Deine ausführlichen Informationen.

Ich bin mir nicht ganz sicher, ob wir das Gleiche meinen. Wenn ja, dann vergiß das nachfolgende.

Soweit ich es verstehe stellt die Firma XG Sciences, Inc. eine Struktur von Graphen her, die einen Sechsering von Kohlenstoffatomen als Grundstruktur hat, die aneinander gekettet sind, zu einem Netzwerk. Anschließend wird in dieses Netzwerk (auf Molekularbasis) Silicon eingebettet. Das Kohlenstoffnetzwerk ist so enorm stabil, dass es das Silicon zusammenhält, ungeachtet dessen Schrumpf- und Ausdehnungsreaktionen, bei der Abgabe oder Einlagerung der Li- Ionen.

So ist bisher mein Verständnis des Materials. Die Firma CalBattery hat mit diesem Anodenmaterial jetzt die Batterieproduktion vor.

Was das Zögern der Autoindustrie betrifft, diese modernen Ansätze auszuprobieren, gebe ich Dir völlig Recht. Man fürchtet einen schnellen Technologiewandel mit unabsehbaren Folgen. Diese Chance nutzt genau Tesla – meine ich.

Nachfolgend noch eine Quelle zu dem oben Gesagten

Grüße

Dieter

Quelle:

http://www.prweb.com/releases/2012/10/prweb10055151.htm
dkt
 
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Re: Silicon-Graphen-Anode - Quantensprung?

Beitragvon agentsmith1612 » So 16. Jun 2013, 09:08

dkt hat geschrieben:
Soweit ich es verstehe stellt die Firma XG Sciences, Inc. eine Struktur von Graphen her, die einen Sechsering von Kohlenstoffatomen als Grundstruktur hat, die aneinander gekettet sind, zu einem Netzwerk. Anschließend wird in dieses Netzwerk (auf Molekularbasis) Silicon eingebettet. Das Kohlenstoffnetzwerk ist so enorm stabil, dass es das Silicon zusammenhält, ungeachtet dessen Schrumpf- und Ausdehnungsreaktionen, bei der Abgabe oder Einlagerung der Li- Ionen.


Die beiden Ansätze dir wir hier diskutieren, sind wahrscheinlich die selben die Frage nach "wie machen die das" ist aber unterschiedlich zu beantworten.

Die Firma XG Science, stellt also Graphen her, packt es aufeinander und steckt Si dawischen um das Si bei Lithiumaufnahme zu stabilisieren.
Im Prinzip machen andere das auch nur dass die mit Si anfangen und Graphen zum stabilisieren reinstecken.

Die Frage ist bei beiden Methoden natürlich wie viel Graphen auf wieviel Si, die Methode von XG Science klingt für mich so als wenn 99 % Graphen unt 1% Si verbaut wird. Zum werden dabei Fehlstellen im Gitter erzeugt, was bei den anderen Methoden zumindest nicht genannt wurde.

Du beschreibst aber vollkommen richtigt, Graphen ist ein 6 Ring aus Kohlenstoff welche über die Kannten verknüpft sind. ;-)

Ich denke die Autoindustrie kann auch noch gar nicht in dem Bereich so dabei sein, weil das was wir hier lesen ist ja erstmal nur Grundladen Forschung, das kann zwar schnell dann in Serie gehen wenn die Applikation an die realen Zellen in der Praxis schnell und einfach ist, oft es aber so, dass es vom Labormaßstab noch Jahre dauert bis es dann im großen Maßstab in großen Zellen genauso drin ist.
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