Führende globale Autohersteller setzen plötzlich auf Festkörperbatterien, und das aus gutem Grund. Die neue Solid-State-Technologie verspricht eine größere Reichweite in einem leichteren, schlankeren Paket als die aktuelle Generation von EV-Batterien. Für einige Skeptiker ist das viel heiße Luft, aber eine neue Finanzierungsrunde von 200 Millionen US-Dollar für den US-Energiespeicherinnovator Factorial Energy zeigt, dass eine kühle, ruhige Raumtemperatur die wahre Geschichte ist.
Festkörperbatterien und die Temperaturfrage
Lithium-Ionen-Batterien sind die Plattform der Wahl für die Elektrifizierung von Fahrzeugen, und nach weit verbreitetem Konsens sind die Aussichten für weitere Leistungssteigerungen gut. Ein weiterer weit verbreiteter Konsens besagt jedoch, dass eine völlig neue Architektur einfacher und besser wäre.
Das wäre die Festkörpertechnologie, bei der der flüssige Elektrolyt, der in Li-Ionen-Batterien verwendet wird, durch etwas Festes ersetzt wird, wie eine Hightech-Keramik oder ein Polymer.
Man kann die auftretenden Schwierigkeiten fast riechen. Vergleichen und kontrastieren Sie den Unterschied zwischen dem Schwimmen durch Wasser und dem Schwimmen durch einen Betonblock, und Sie haben die Idee. Hohe Temperaturen können die Leistung verbessern, aber das hilft nicht viel, wenn es darum geht, Festkörperbatterien aus dem Labor auf den Markt zu bringen.
Die Solid-State-Technologie dreht ihre Räder, seit sie im frühen 19. Jahrhundert erstmals identifiziert wurde. Jetzt, mit dem Aufkommen moderner Materialwissenschaften und High-Tech-Analysetools, hat es endlich die Chance, sich zu befreien.
Forscher auf der ganzen Welt haben in den letzten Jahren an der Festkörper-Energiespeichertechnologie gearbeitet, wobei ein Hauptaugenmerk auf der Suche nach Formeln lag, die die gewünschte Leitfähigkeit bei Raumtemperatur erreichen.
Faktorielle Energie tritt in den Kampf ein
Das bringt uns zu Factorial Energy, einem von mehreren Solid-State-Startups, die die Schwelle überschritten haben CleanTechnica Radar in den letzten Jahren. Erst letzten Monat tauchte das Unternehmen auf, als seine proprietäre Energiespeicherplattform FEST™ (Factorial Electrolyte System Technology) die Aufmerksamkeit von Daimler (man denke unter anderem an Mercedes-Benz) und Stellantis (Dodge, Fiat, Chrysler usw.) erregte.
Das kommt auf früheres Interesse hinzu, das letzten Frühling von Kia und Hyundai zum Ausdruck gebracht wurde, und FEST ist noch nicht einmal in die Regale gekommen.
Da muss was dran sein, wenn man bedenkt, dass Mercedes-Benz und Stellantis NV die Führung übernommen haben neue 200-Millionen-Dollar-Finanzierungsrunde für Fakultät.
„Die Finanzierung wird verwendet, um die kommerzielle Produktion und den Einsatz der Festkörperbatterietechnologie von Factorial zu beschleunigen, die sicherer ist und eine bis zu 50 Prozent größere Reichweite bietet als die aktuelle Lithium-Ionen-Technologie“, erklärt Factorial und fügt hinzu: „Ihre Drop-in-Kompatibilität mit der bestehenden Die Infrastruktur zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien reduziert die Kosten und die Komplexität des Wechsels zu einer anderen Batterietechnologie für Automobilhersteller.“
Drop-In-Kompatibilität scheint das Zauberwort neben der alles entscheidenden Raumtemperatur zu sein.
„FEST… nutzt ein proprietäres Festelektrolytmaterial, das eine sichere und zuverlässige Zellleistung mit Hochspannungs- und Hochleistungselektroden bei Raumtemperatur ermöglicht“, betont Factorial.
Hyundai und Kia sind der Ankündigung zufolge auch Teil des Joint Development Agreement, das Mercedes-Benz und Stellantis für die neue Finanzierungsrunde verpflichtet.
Was ist das Besondere an Festkörperbatterien?
Das ist eine gute Frage. Verbesserte Leistung und niedrigere Kosten sind beides große Geschäfte für sich, ebenso wie der umweltschonende Faktor des Fahrens ohne Ausstoß von Treibhausgasen.
Das Herumfahren ist jedoch nur das Ende einer Lieferkette der Fahrzeugherstellung, die eine lange Liste von Umweltauswirkungen enthält.
Autohersteller beginnen, ihre Lieferketten zu bereinigen, teilweise durch die Einführung nachhaltigerer Materialien. Ein weiterer Angriffspunkt ist die Zusammenarbeit mit ihren Lieferanten, um die Emissionen der Fabriken zu reduzieren.
Niemand tut dies aus reinem Herzen. Jede Führungskraft der Automobilindustrie mit einem Kopf auf den Schultern weiß, dass sich Käufer von Elektrofahrzeugen zunehmend auf die allgemeine Nachhaltigkeit konzentrieren, die über das gute Gefühl hinausgeht, das man bekommt, wenn man in einem emissionsfreien persönlichen Mobilitätsgerät herumfährt. Autohersteller, die sich differenzieren wollen, werden jeden möglichen Aspekt der Nachhaltigkeit nutzen, und dazu gehören auch Batterien für Elektrofahrzeuge.
Festkörperbatterien müssen sich irgendwann der Recyclingmusik stellen, und die globale Batterierecycling-Infrastruktur hat noch einen langen Weg vor sich, bevor es Millionen von verbrauchten EV-Batterien jeglicher Art verarbeiten kann. Autohersteller beginnen jedoch bereits, das Potenzial für Umweltvorteile anzupreisen.
BMW zählt zu den anderen Autoherstellern, die auf Festkörperbatterien setzen, um anzuziehen der EV-Fahrer der Zukunft. In einer Pressemitteilung vom vergangenen April erklärte Frank Weber, Mitglied des Vorstands der BMW AG, Entwicklung, dass sein Unternehmen das „grünste Elektroauto der Welt“ mit einem starken Fokus auf die Batterie produzieren wolle.
„Wir entwickeln die Batteriezelle der Zukunft: Sie wird leistungsstark, sicher, kostengünstig und recycelbar – von der Materialauswahl bis zur Recyclingfähigkeit nach dem Einsatz im Fahrzeug“, erläutert Weber. BMW plant, „deutlich vor“ 2025 eine Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge im Demonstrationsmodus zu haben, die Serienproduktion wird vor 2030 erwartet.
In der Zwischenzeit zurück im Labor …
Während all diese Aktivitäten im Privatsektor stattfinden, hat das US-Energieministerium nicht gerade am Steuer geschlafen.
Bereits im Oktober 2018 bemerkte das Pacific Northwest National Laboratory der Agentur, dass „der heilige Gral der Batterietechnologie der nächsten Generation, die Erfüllung der ständig steigender Bedarf an Energiespeichern das ist erschwinglich und sicher, mit hoher Energiedichte und langer Lebensdauer.“
In jüngerer Zeit Oak Ridge Nationallabor läutete im vergangenen November einen Durchbruch ein, der eine kostengünstige, skalierbare Methode zum Verbinden der verschiedenen Materialien beinhaltet, die in Festkörperbatterien verwendet werden, was als „eine der großen Herausforderungen“ auf diesem Gebiet gilt.
„Eine der Herausforderungen bei der Herstellung von Festkörperbatterien ist die Schwierigkeit, Materialien dazu zu bringen, sich richtig zu verbinden und während wiederholter Lade- und Entladezyklen stabil zu bleiben“, erklärt ORNL und stellt fest, dass frühere Versuche, das Problem zu umgehen, wirtschaftlich nicht rentabel sind.
ORNL hat etwas anderes versucht. Anstatt Druck und andere ähnliche Ansätze anzuwenden, setzten sie einen elektrochemischen Impuls ein.
„Der elektrochemische Impuls, den die ORNL-Forscher verwendeten, eliminiert die Hohlräume, die sich bilden, wenn Schichten aus Lithium-Metall-Anodenmaterial mit einem Festelektrolytmaterial verbunden werden: in diesem Fall dem keramischen Elektrolyten vom Granattyp LALZO“, erklären sie.
Sie können sich in einer Pressemitteilung vom 10. November 2021 beim Wort darauf verlassen, oder Sie können alle interessanten Details aus dem ACS-Journal abrufen Energiebriefe unter dem Titel, “Verbesserung der Kontaktimpedanz durch elektrochemische Impulse, die auf die Lithium-Festelektrolyt-Grenzfläche in Festkörperbatterien angewendet werden.”
Das elektrochemische Pulsverfahren könnte zur Auffrischung gebrauchter Batterien eingesetzt werden, was ein ganz neues Licht auf den Aspekt des Batterierecyclings wirft.
Behalten Sie in der Zwischenzeit die Augen offen Brookhaven National Laboratory, wo Forscher mit einem Team der Brown University an der potenziellen Rolle von Bäumen bei der Formulierung der nachhaltigen Festkörperbatterie der Zukunft gearbeitet haben.
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Foto: Festkörpertechnologie für fortschrittliche EV-Batterien (Foto mit freundlicher Genehmigung von Factorial Energy über globalnewswire.com).
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