Het Addionics-team. Foto met dank aan Addionics
The Addionics team. Photo courtesy of Addionics
Nederlands + English
De accutechnologie is al 30 jaar niet veranderd. Nu wil een startup de status-quo veranderen met een accu voor elektrische auto’s met een groter bereik en sneller opladen.
Door: Israel 21c – Brian Blum
“De accutechnologie is in meer dan 30 jaar niet veranderd”, vertelt Moshiel Biton, CEO van Addionics , de startup voor elektrische autoaccu’s , aan ISRAEL21c.
En hier zag Biton een enorme kans “omdat er biljoenen dollars zullen blijven worden geïnvesteerd in het maken van betere accu’s.”
Addionics wil deze kans benutten door een relatief kleine verandering door te voeren in het ontwerp van accu’s.
In tegenstelling tot andere bedrijven die zich richten op het verbeteren van de accuchemie, richt Addionics zich op de fysica van een specifiek onderdeel van de accu, de elektrische stroomafnemer.
De stroomcollector dient als het substraat van de elektroden van een accu. Deze kleine metalen platen, die niet verschillen van aluminiumfolie, zijn gelaagd rond het ‘actieve materiaal’, bijvoorbeeld lithium-ion.
Denk aan een elektrische accu als aan een boterham, stelt Biton voor. “Het brood is de elektriciteitscollector en de kaas is het actieve materiaal.”
De meeste “broodjes” met accu’s van elektrische auto’s hebben de “kaas” alleen aan de bovenkant. Addionics legt de “kaas” overal in lagen, samen met lagen poreus en sponsachtig “brood”.
“Met behulp van nanotechnologie kunnen we ruimte vinden die niet goed wordt gebruikt en deze efficiënter maken”, zegt Biton.
“Op die manier krijgen we meer actief materiaal in dezelfde ruimte. Het bereik wordt vergroot door de mate van contact tussen het metaal en het actieve materiaal zeer hoog te houden, terwijl de interne weerstand wordt geminimaliseerd, waardoor meer stroom mogelijk is.”
Snel opladen, groot bereik
“Omdat stroomcollectoren poreuze metalen banen zijn”, legt hij uit, “is er meer oppervlaktecontact tussen de chemie en de stroomcollector, wat de laadsnelheden verhoogt. Het geeft ons de mogelijkheid om de wisselwerking tussen snel opladen en actieradius te minimaliseren.”
Biton doelt op het feit dat hoe groter de accu (of dikker de elektrode), hoe groter het bereik, maar hoe langer het duurt om op te laden. Een dunnere elektrode zorgt voor sneller opladen, maar het bereik zal laag zijn.
Snel opladen met een hoog bereik vereist veel dunne laagjes, die 50 procent aan de prijs kunnen toevoegen. Accu’s vertegenwoordigen tot 40% van de kosten van een elektrisch voertuig.
“Er zijn gemiddeld 40 lagen in een accu-cel”, voegt Biton toe. “Als elk 50 tot 100 micron dik is en we dat kunnen vergroten en het 70% tot 95% poreus maken, hebben we minder lagen nodig, terwijl we de doelstellingen voor bereik en laadprestaties behalen.”
Addionics zegt dat zijn technologie de oplaadtijd kan halveren en de interne verwarming kan verminderen, waardoor de kans op weer een exploderend voertuig wordt verkleind, zoals in juli gebeurde toen een Tesla Model S Plaid in brand vloog in Pennsylvania.
“Consumenten zullen geen elektrische voertuigen gaan gebruiken omdat ze modieus of groen of sexy zijn, maar wel wanneer de prestaties die ze leveren vergelijkbaar zijn met die van een voertuig met een verbrandingsmotor, waar het opladen net zo snel kan gebeuren als het tanken van benzine”, zegt Biton.
Eenvoudig te integreren
De dikkere, efficiëntere elektroden van Addionics worden door Biton ‘chemie-agnostisch’ genoemd. “We kunnen probleemloos integreren in bestaande accuproductielijnen.”
Dat onderscheidt Addionics van andere opkomende accutechnologieën. De Israëlische startup StoreDot zal bijvoorbeeld zijn eigen fabrieken nodig hebben en zal niet onmiddellijk in compatible zijn, laten we zeggen, met een Tesla met door Panasonic geproduceerde accu’s.
Andere accuvernieuwers, zoals Sila Nano en Ampirus, streven ernaar het grafiet in de accu te vervangen door silicium, wat de energiedichtheid kan verhogen. QuantumScape werkt aan een technologie om de vloeibare elektrolyten in de accu te vervangen door een vaste stof (een technologie die solid-state wordt genoemd).
“We kunnen met hen samenwerken. Het zijn geen directe concurrenten, maar meer potentiële klanten. We kunnen elk type accu verbeteren en ons product kan voordelig zijn voor al deze bedrijven”, zegt Biton.
CTO Vladimir Yufit legde het als volgt uit: Addionics “wedt op de race en niet op het paard.”
Addionics is van plan zijn dikkere, snellere en goedkopere metaalfolies te verkopen aan bestaande accufabrikanten. “Ze zien er hetzelfde uit en de montage zal zo soepel mogelijk verlopen. We willen wrijving minimaliseren”, benadrukt Biton.
Accu’s van de volgende generatie
De 19-koppige Addionics, opgericht in 2017, heeft $ 8,5 miljoen opgehaald (inclusief een subsidie van $ 2,5 miljoen van de Horizon 2020-competitie van de Europese Unie) en heeft zes betalende projecten. Een van de meest prominente is met Saint-Gobain, een groot Frans materialenbedrijf. De BIRD Foundation helpt om de samenwerking te financieren.
Moshiel Biton, CEO van Addionics, de startup voor elektrische auto-accu’s. Foto met dank aan Addionics
“We werken samen met hun onderzoekscentrum in Boston om samen de volgende generatie solid-state accu’s te ontwikkelen”, zegt Biton.
Addionics werkt er ook aan om zijn technologie naar consumentenelektronica te brengen, van wearables tot laptops tot medische apparaten en zelfs drones. Het doel is om de energiedichtheid met 15% tot 25% te verhogen, een flinke stijging van ‘de 2% naar 3% die ze gewend zijn’, merkt Biton op. “De behoefte is zo groot dat elke kleine verbetering een enorme economische waarde zal hebben.”
Biton hoopt dat de eerste producten van zijn bedrijf voor de consumentenelektronica in 2023 klaar zullen zijn, ze bevinden zich momenteel in de proof-of-concept-fase. Elektrische auto’s zullen meer tijd nodig hebben.
“Testen duren meestal ongeveer vijf jaar in de auto-industrie, dus we kijken naar 2026 voor elektrische voertuigen”, zegt hij.
Biton werkte het grootste deel van zijn carrière in de halfgeleiderindustrie. Hij heeft een doctoraat in materiaalkunde aan het Imperial College London. Zijn promotor is inmiddels in dienst bij Addionics.
Biton verhuisde terug naar Israël (“Ik wilde het Israëlische ecosysteem ten goede komen”) waar de productie nu plaatsvindt. Een team in Londen doet de modellering, software en ontwerp.
“Het is een heel interessante tijd. Als we meer elektrische voertuigen hebben, hebben we meer accu’s nodig, hebben we meer productie nodig, hebben we meer aanbod nodig. We zullen de capaciteit met 30 keer moeten vergroten als we tegen 2030 willen voldoen aan het aantal accu’s om aan de [vraag van de fabrikant] te voldoen en die te ondersteunen”, vertelt Biton aan ISRAEL21c.
“Het is een zeer ambitieus doel om de architectuur van accu’s te veranderen, wat de afgelopen 30 jaar niet is gebeurd”, zegt Biton. “Er is geen betere tijd in de geschiedenis om in deze branche bezig te zijn.”
Voor meer informatie over Addionics, klik hier
***********************************
ENGLISH:
For 30 years, battery technology hasn’t changed. Now, a startup aims to change the status quo with an electric car battery that has longer range and faster charging.
By: Israel 21c – Brian Blum
“Battery technology hasn’t changed in over 30 years,” Moshiel Biton, CEO of electric car battery startup Addionics, tells ISRAEL21c.
And here is where Biton saw a huge opportunity “as trillions of dollars will continue to be invested in creating better batteries.”
Addionics aims to capitalize on this opportunity by introducing a relatively small change into how batteries are designed.
Unlike other companies that focus on improving battery chemistry, Addionics is focused on the physics of a specific part of the battery, the electric current collector.
The current collector serves as the substrate of a battery’s electrodes. These small metal sheets, not dissimilar to aluminum foil, are layered around the “active material” – lithium ion, for example.
Think of an electric battery like a sandwich, Biton suggests. “The bread is the electricity collector, and the cheese is the active material.”
Most electric car battery “sandwiches” have the “cheese” only on the top. Addionics layers the “cheese” throughout, along with layers of porous and spongy “bread.”
“Using nanotechnology, we can find space that’s not well utilized and make it more efficient,” Biton says.
“That way we get more active material in the same space, which increases the range by keeping the contact between the metal and the active material very high while minimizing internal resistance, enabling higher currents.”
Fast charge, high range
Because current collectors are porous metal webs, he explains, “there is more surface area contact between the chemistry and the current collector, which increases charge rates. It gives us the opportunity to minimize the trade-offs between fast charging and range.”
Biton is referring to the fact that the bigger the battery (or thicker the electrode), the longer the range, but the longer it takes to charge. A thinner electrode achieves faster charging, but the range will be low.
Fast charging with a high range requires many thin layers, which can add 50 percent to the price. Batteries comprise up to 40% of the cost of an electric vehicle.
“There are 40 layers on average in a battery cell,” Biton adds. “If each is 50 to 100 microns thick and we can increase that and make it 70% to 95% porous, we’ll need fewer layers, while achieving range and charging performance targets.”
Addionics says that its technology can halve charging time as well as reduce internal heating, cutting the chances of another exploding vehicle as has happened in July when a Tesla Model S Plaid caught fire in Pennsylvania.
“Consumers won’t start using electric vehicles because they’re fashionable or green or sexy but when the performance they give is similar to an internal combustion engine vehicle, where you can charge your car as quickly as refueling the tank with gas,” says Biton.
Easy to integrate
Addionics’ thicker, more efficient electrodes are what Biton calls “chemistry agnostic. We can integrate smoothly into existing battery production lines.”
That sets Addionics apart from other emerging battery technologies. For instance, Israeli startup StoreDot will require its own factories and will not be compatible immediately with, say, Tesla’s Panasonic-produced batteries.
Other battery innovators, such as Sila Nano and Ampirus, aim to replace the graphite inside the battery with silicon, which can increase energy density. QuantumScape is working on a technology to replace the liquid electrolytes in the battery with a solid (a technology called solid-state).
“We can partner with them. They’re not direct competitors but more like potential clients. We can improve any type of battery and our product can be beneficial to all these companies,” Biton says.
CTO Vladimir Yufit explained it this way: Addionics is “betting on the race and not on the horse.”
Addionics plans to sell its thicker, faster, cheaper metal foils to existing battery manufacturers. “They look the same and the fitting will be as smooth as possible. We want to minimize any friction,” Biton stresses.
Next-gen batteries
Founded in 2017, the 19-person Addionics has raised $8.5 million (including a $2.5 million grant from the European Union’s Horizon 2020 competition) and has six paying projects. One of the most prominent is with Saint-Gobain, a large French materials company. The BIRD Foundation is helping to fund the collaboration.
Moshiel Biton, CEO of electric car battery startup Addionics. Photo courtesy of Addionics
“We’re working with their research center in Boston to develop together the next generation of solid-state batteries,” says Biton.
Addionics is also working on bringing its technology to consumer electronics – from wearables to laptops to medical devices and even drones. The aim is to increase energy density by 15% to 25%, a big bump up from “the 2% to 3% they’re used to,” Biton notes. “The need is so great that any small improvement will have huge economic value.”
Biton hopes that his company’s first products for the consumer electronics space will be ready by 2023 – they’re currently in the proof-of-concept stage. Electric cars will take longer.
“It usually takes around five years for tests in the car industry, so we’re looking at 2026 for electric vehicles,” he says.
Biton worked most of his career in the semiconductor industry. He has a PhD in material science from Imperial College London. His PhD supervisor has since joined Addionics.
Biton moved back to Israel (“I wanted to benefit the Israeli ecosystem”) where production is now taking place. A team in London does the modeling, software and design.
“It’s a really interesting time. If we have more electric vehicles, we need more batteries, we need more production, we need more supply. We will need to increase capacity by 30 times if we want to meet by 2030 the number of batteries to support and meet [manufacturer demand],” Biton tells ISRAEL21c.
“It’s a very ambitious goal, to change the architecture of batteries, which hasn’t been changed in the last 30 years,” Biton says. “There is not any better time in history to be in this industry.”
For more information on Addionics, click here
