Los novedosos materiales del ánodo de Sila acumularon mucha más energía en un nuevo dispositivo portátil Whoop fitness. La compañía espera hacer lo mismo pronto con los vehículos eléctricos.
por James Temple
Una empresa de materiales en Alameda, California, ha pasado la última década trabajando para impulsar la energía almacenada en las baterías de iones de litio, un avance que podría permitir dispositivos más pequeños y vehículos eléctricos con un alcance mucho mayor.
Sila ha desarrollado partículas a base de silicio que pueden reemplazar el grafito en los ánodos y contener más iones de litio que transportan la corriente en una batería.
Ahora, la compañía está entregando su producto al mercado por primera vez, proporcionando una porción del polvo de ánodo en la batería del próximo Whoop 4.0, un dispositivo portátil de fitness. Es un dispositivo pequeño pero potencialmente un gran paso adelante para el campo de las baterías, donde los resultados de laboratorio prometedores a menudo no se traducen en un éxito comercial.
“Piense en el Whoop 4.0 como nuestro Tesla Roadster ”, dice Gene Berdichevsky, director ejecutivo de Sila, quien como séptimo empleado de Tesla ayudó a resolver algunos de los desafíos críticos de la batería para el primer vehículo eléctrico de la compañía. “Es realmente el primer dispositivo en el mercado que está demostrando este gran avance”.
Los materiales de la compañía, con una ligera ayuda de otros avances, aumentaron la densidad de energía en la batería del rastreador de ejercicios en aproximadamente un 17%. Esa es una ganancia significativa en un campo que generalmente avanza unos pocos puntos porcentuales al año.
Es equivalente a unos cuatro años de progreso estándar, “pero en un gran salto”, dice Venkat Viswanathan, profesor asociado de ingeniería mecánica en la Universidad Carnegie Mellon.
Sila todavía enfrenta algunos desafíos técnicos reales, pero el avance es una señal prometedora del potencial de baterías cada vez más capaces para ayudar al mundo a alejarse de los combustibles fósiles a medida que se aceleran los peligros del cambio climático. Aumentar la cantidad de energía que las baterías pueden almacenar facilita que las fuentes de electricidad cada vez más limpias alimenten más edificios, vehículos, fábricas y negocios.
Para el sector del transporte, una batería más densa en energía puede reducir los costos o ampliar la autonomía de los vehículos eléctricos, abordando dos de los mayores problemas que han desanimado a los consumidores a dejar de consumir gasolina. También promete entregar baterías de red que pueden ahorrar más energía de parques solares y eólicos, o dispositivos de consumo que duran más entre cargas.
La densidad de energía es la clave para la “electrificación de todo”, dice Berdichevsky, un innovador menor de 35 años en 2017.
En el caso del nuevo dispositivo portátil de fitness, los nuevos materiales de la batería y otras mejoras hicieron posible que Whoop, con sede en Boston, redujera el dispositivo en un 33% mientras mantenía cinco días de duración de la batería. El producto ahora es lo suficientemente delgado como para insertarlo en una “ropa inteligente” y para llevarlo como un reloj. Saldrá a la venta el 8 de septiembre.
Sila, que anunció una financiación de 590 millones de dólares en enero, también tiene asociaciones para desarrollar materiales de batería para fabricantes de automóviles como BMW y Daimler. La compañía ha dicho que su tecnología podría eventualmente acumular hasta un 40% más de energía en baterías de iones de litio.
Prevenir incendios
Berdichevsky se entrevistó y consiguió su trabajo en Tesla antes de su último año en la Universidad de Stanford, donde estaba trabajando para obtener un título en ingeniería mecánica. Terminó desempeñando un papel clave al abordar un riesgo potencialmente existencial para la empresa: que un incendio en cualquiera de las miles de baterías empaquetadas en un vehículo encendería todo el paquete.
Estableció un programa para evaluar sistemáticamente una serie de diseños de paquetes de baterías. Después de cientos de pruebas, la compañía desarrolló una combinación de arreglos de baterías, materiales de transferencia de calor y canales de enfriamiento que evitaron en gran medida los incendios descontrolados.
Después de que Tesla lanzó el Roadster, Berdichevsky sintió que tenía que comprometerse con otros cinco años para ver a la compañía a través del desarrollo del próximo vehículo, el Model S, o aprovechar la oportunidad para probar algo nuevo.
Al final, decidió que quería construir algo propio.
Berdichevsky regresó a Stanford para realizar un programa de maestría en el estudio de materiales, termodinámica y física, con la esperanza de encontrar formas de mejorar el almacenamiento en el nivel fundamental. Después de graduarse, pasó un año como empresario residente en Sutter Hill Ventures, buscando ideas que pudieran formar la base de su propio negocio.
Durante ese tiempo, se encontró con un artículo científico que identificaba un método para producir partículas a base de silicio para ánodos de baterías de iones de litio.
Los investigadores han visto durante mucho tiempo al silicio como una forma prometedora de aumentar la energía en las baterías, porque sus átomos pueden unirse con 10 veces más iones de litio en peso que el grafito. Eso significa que contienen muchas más moléculas cargadas que producen la corriente eléctrica en una batería. Pero los ánodos de silicio tendieron a desmoronarse durante la carga, ya que se hincharon para acomodar los iones que van y vienen entre los electrodos.
El documento, coautor del profesor del Instituto de Tecnología de Georgia, Gleb Yushin, destacó la posibilidad de desarrollar materiales de silicio rígidos con un núcleo poroso que pudiera aceptar y liberar más fácilmente los iones de litio .
Al año siguiente, Berdichevsky cofundó Sila con Yushin y Alex Jacobs, otro ex ingeniero de Tesla.
Obstáculos y retrasos
La compañía pasó la siguiente década ajustando sus métodos y materiales, trabajando en más de 50,000 iteraciones de la química mientras aumentaba su capacidad de fabricación. Desde el principio, decidió desarrollar materiales directos que los fabricantes de baterías de iones de litio pudieran intercambiar, en lugar de seguir la ruta más costosa y arriesgada de producir baterías completas por sí mismos.
Sin embargo, Sila no está tan avanzada como esperaba en un principio.
Después de obtener varios millones de dólares de la división ARPA-E del Departamento de Energía de EE. UU., La compañía en un momento le dijo a la agencia de investigación que sus materiales podrían estar en productos para 2017 y en vehículos para 2020. En 2018, cuando Sila anunció su acuerdo con BMW, Dijo que sus partículas podrían ayudar a impulsar los vehículos eléctricos del fabricante de automóviles alemán para 2023.
Berdichevsky dice que la compañía ahora espera estar en vehículos para “más como 2025”. Dice que resolver los problemas de la “última milla” fue simplemente más difícil de lo que esperaban. Los desafíos incluían trabajar con los fabricantes de baterías para obtener el mejor rendimiento de los nuevos materiales.
“Fuimos ingenuamente optimistas sobre los desafíos de escalar y llevar productos al mercado”, dijo en un correo electrónico.
Las noticias de Whoop indican que Sila pudo diseñar las partículas de una manera que ofrece seguridad, ciclos de vida y otros puntos de referencia de rendimiento de la batería similares a los logrados en los productos existentes.
Pero es notable que las partículas de Sila proporcionarán solo alrededor del 25% de la capacidad en el ánodo de la batería, y los materiales de grafito estándar proporcionarán el resto.
Viswanathan dice que la prueba más grande pasará de reemplazar parcialmente el grafito a completamente. Eso requiere un mayor nivel de precisión y rendimiento, que describe como la diferencia entre batear un doble y un jonrón.
Además, dice, la compañía aún enfrenta desafíos importantes que van desde los dispositivos de consumo hasta las demandas más rigurosas de los vehículos eléctricos. Los automóviles, camiones y autobuses necesitan baterías de alta densidad energética y extremadamente seguras que se carguen rápidamente y duren muchos ciclos de vida, entre otras cosas. El problema con la química de la batería es que la mejora de los materiales y procesos involucrados en un estándar de rendimiento a menudo puede tener el costo de otros, dice Viswanathan.
Berdichevsky dice que los materiales de la batería de Sila reemplazarán por completo al grafito en su próximo producto comercial, que dice está “bloqueado y cargado” con un socio que aún no puede anunciar. Y a diferencia de otros materiales de batería prometedores que atraen la atención de la prensa y los inversores en estos días, como el metal de litio , los materiales de silicio de Sila ya están en los productos.
“Creemos firmemente en que la esperanza y la exageración no cambian el mundo, el transporte marítimo sí lo hace”, dice.
