General Motors undersöker solid-state-batterier när EV Push expanderar

• General Motors ’Battery Research and Development Team undersöker fast tillstånd och natriumjonbatterier.
• Dess Wallace Battery Cell Innovation Center i Michigan gör det möjligt att utveckla och testa nya kemister och celler.
• Biltillverkaren arbetar aktivt med sju olika anod- och katodkemister.

General Motors arbetar med flera nästa generations batteriteknologier för att hantera de mest pressande oro över elektriska fordonsintervall, laddningsprestanda och kostnad. Bland dem finns batterier med fast tillstånd, natriumjonbatterier och kiselanoder.

”Vårt FoU-team på GM har aktivt fortsatt att titta på fast tillståndsteknologier, vare sig det är all-solid-state, sulfidbaserad, oxidbaserad eller keramik,” berättade Kushal Narayanaswamy, chef för Advanced Battery Cell Engineering på GM, Insideevs i en intervju förra veckan. ”Vårt FoU -team tittar också på natriumjon,” tillade han.

Högspänningsbatteriet är både den dyraste och mest kritiska komponenten i ett elfordon. Dess spänningsarkitektur och laddnings-/urladdningsfunktioner påverkar direkt hur snabbt en EV kan accelerera och hur långt den kan resa. På grund av batteriets höga kostnader förblir EVs i allmänhet dyrare än deras gas motsvarigheter. I genomsnitt kostar EVs cirka 9 644 dollar mer än gasbilar i maj, enligt Cox Automotive.

Biltillverkare och batteriföretag arbetar för att minska dessa kostnader och också förbättra intervallet, laddningshastigheter och säkerhet jämfört med traditionella litiumjonceller. GM går all-in, även om det också utvecklar nästa generations förbränningsmotorer parallellt. Tillsammans med sin huvudsakliga batterileverantör, LG Energy Solution, är GM nu den största tillverkaren av celler i Nordamerika och förmörkar till och med Tesla. GM Execs hävdar att det kan producera celler till en lägre kostnad än dess konkurrenter.

Foto av: Suvrat Kothari

Nu vill biltillverkaren öka sin ledning med nästa generations batteritekniker. Narayanaswamy leder GM: s nya banbrytande Wallace Battery Cell Innovation Center i Warren, Michigan. Anläggningen ligger strax norr om Detroit och den öppnade 2022. Det är biltillverkarens mindre kända vapen som hjälper det att utveckla och skala nya kemister och förbättra nuvarande.

Historiskt sett har biltillverkare förlitat sig på batterileverantörer för celler, som sedan anpassades för användning i fordon. Men den modellen började växla när Tesla förde batteriutvecklingen internt tillbaka 2016 med sitt Panasonic Partnership. Nu gör GM det också, med mer kontroll över hela processen, från råvaruval till celldesign och fordonsintegration.

Ett exempel är GM: s arbete med litiummanganrik (LMR) kemi, där företaget byggde och testade 300 stora formatceller över 18 varianter, alla internt, innan de involverade sin joint venture-partner LG Energy-lösning för massproduktion. Wallace Center tillåter GM att snabbt prototyp, bygga intern expertis och skala mer effektivt med sina leverantörer, sade Narayanaswamy.

Det ger också företaget större flexibilitet att utveckla och implementera celler med stor format över en rad kemister och format. Det som en gång var en process att plocka batterier från hyllan blir nu en helt integrerad, biltillverkad innovationsinsats. Denna interna FoU-muskel och en till synes startliknande frihet som GM har i batteriutveckling, innebär att den också kan utforska andra kemister som fast tillstånd och natriumjon.

Narayanaswamy sa att GM arbetar över sju olika anod- och katodkemister, som också inkluderar några av dess nuvarande nickelbaserade applikationer, liksom de nya LMR-cellerna.

Foto av: Catl

Natriumjonbatterier befinner sig fortfarande i de tidiga utvecklingsstadierna. De lockar ändå växande uppmärksamhet som ett lovande billigt batterilternativ. Medan de har lägre energitäthet än typiska litiumjonbatterier, undviker de användningen av sällsynta jordartsmaterial, är betydligt säkrare och förblir i stort sett opåverkade av kalla temperaturer.

Natrium är ungefär 400 gånger mer rikligt än litium. Det är allmänt tillgängligt i våra hav och hav, enligt en studie publicerad i den akademiska tidskriften IOP -vetenskap. Det kostar $ 150 per ton, mycket lägre än $ 5 000 per ton för litium.

År 2024 blev Kina det första landet som installerade ett natriumjonbatteri i en produktions-EV-Jac Yiwei 3, en kompakt hatchback liknande i storlek som BYD-måsen. Den har ett 23,2 kWh -batteri och levererar 230 kilometer (142 miles) på CLTC -cykeln. Den kinesiska batterijätten Catl avslöjade sina första natriumjonbatterier tidigt i år, både för lågspänning och högspänningsapplikationer. Högspänningspaketet har ett CLTC-intervall på 310 mil. Det påstås arbeta nära felfritt ner till -40 grader Fahrenheit.

Där natriumjon-teknik verkligen får dragkraft är i det elektriska tvåhjulingsutrymmet i Kina. I det segmentet kompenseras avvägningen i energitäthet av de lägre kostnaderna och tillräckliga prestanda för kortdistansanvändningsfall.

”Vi har den tekniska kunskapen,” sade Narayanaswamy om GM: s förmåga att göra natrium-jonbatterier. ”Det handlar mer om att få rätt leveranskedja och se till att rätt applikation är där för det,” tillade han.

Samtidigt är solid-state-batterier i motsatt ände av spektrumet och lovar mer energitäthet och prestanda än de flesta andra kemister.

I en traditionell litiumjoncell är elektrolyten-materialet som växlar joner mellan laddnings- och urladdningscyklerna-vanligtvis en flytande kemikalie. Fastillståndbatterier byter ut det för en fast elektrolyt, ofta gjord av polymer, sulfider eller oxider. Studier visar att denna kombination förbättrar enormt energitäthet, ökar laddningshastigheterna och gör batteriet säkrare och mycket mindre benägna att bränder.

Branschexperter hänvisar ofta till solid-state-batterier som den heliga gralen för batteritekniken. Men att skala tekniken för massproduktion har visat sig utmanande. Fortfarande tror flera biltillverkare att det bara är en tidsfråga innan de åstadkommer det.

Mercedes-Benz och BMW har redan installerat batterier i fast tillstånd i prototypfordon. Toyota planerar att debutera sin första applikation i en hybrid i slutet av decenniet, medan Stellantis förväntas testa en i Dodge Charger Daytona nästa år. Samtidigt använder flera produktions-EV i Kina redan halvfasta statliga batterier, som ersätter den flytande elektrolyten med en gelliknande ämne-ett interimssteg innan fulla statsbatterier kan produceras.

BMW i7 Solid-State Battery Prototype

Foto av: BMW

GM har inte bekräftat kommersialiseringen av fast tillståndsceller ännu, men sa att tekniken ”aktivt utforskas” i sina FoU-laboratorier.

Narayanamswamy upprepade också GM: s arbete med kiselanoder, som Insideevs först rapporterade i februari.

I ett EV -batteri är anoden elektroden där litiumjoner lagras när batteriet laddas. Det består vanligtvis av grafit. Ett högre kiselinnehåll kan förbättra ett EV: s sortiment och laddningsprestanda, berättade GM tidigare Insideevs. Kiselanoder har funnits de senaste åren, men i små mängder. Nu kommer dess andel i anoderna att öka.

Biltillverkaren ser nu ut för att integrera kiselanoder i sina EV: er och testar för närvarande storformat, fordonsklassiga kiselanodceller vid Wallace Research Center, sa Narayanaswamy.

De första frukterna av GM: s arbete vid Wallace Battery Center kommer att ses 2028, när biltillverkaren planerar att lansera sin nya litiummanganrika (LMR) prismatiska celler på en produktionsbil, med över 400 mil av räckvidd, hundratals pund viktbesparingar och kostnaden kommer tydligen att likna LFP -celler.

När det gäller de andra kemisterna kan det ta ett tag innan de blir värda en fordonsansökan.

Men Narayanasawmy sa att biltillverkaren kommer att fortsätta sina forsknings- och utvecklingsinsatser oavsett vad som händer på policysidan, där Trump-administrationen försöker demontera nästan alla Biden-era rena energiprogram, inklusive upphävande av konsumentskattekrediterna, tillverkar krediter för EV-batterivaror och EPA: s utsläppsstandarder.

Inget av det skulle bromsa GM: s FoU -ansträngningar om batterier, sa Narayanaswamy.

Har ett tips? Kontakta författaren: Suvrat.kothari@insidees.com