Die Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge der Zukunft verspricht letztendlich geringere Kosten, eine größere Reichweite, schnelleres Laden und eine verbesserte Sicherheit im Vergleich zu den Elektrobatterien von heute. Jemand muss noch herausfinden, wie man all diese Vorteile in einem Paket bündeln kann. Das Start-up-Unternehmen ProLogium Technology ist unter denjenigen, die um eine Lösung kämpfen, und bei der neuesten Entwicklung handelt es sich um ein Mashup mit einem jahrhundertealten Automobilzulieferer.
Was stimmt nicht mit der Elektroauto-Batterie von heute?
An der heutigen Batterie für Elektrofahrzeuge ist nichts Besonderes auszusetzen. Es basiert jedoch auf einem flüssigen Elektrolyten, dem Teil einer wiederaufladbaren Batterie, der Lithiumionen zwischen zwei Elektroden transportiert. Der flüssige Elektrolyt für Lithium-Ionen-Batterien wurde bereits in den 1990er Jahren entwickelt und die 30 Jahre alte Technologie steht vor einer Überarbeitung.
Unter anderem neigen flüssige Elektrolyte dazu, nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen leer zu werden. Eine stabilere und langlebigere Batterie für Elektrofahrzeuge würde dazu beitragen, Umwelt- und Ressourcenrückgewinnungsprobleme in der Batterielieferkette anzugehen.
Fans von Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge schwärmen auch vom Potenzial für schnelleres Laden und höhere Energiedichte (siehe viele weitere Informationen). CleanTechnica (siehe hier).
Der Begriff „fest“ in einer Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge bezieht sich auf einen festen Elektrolyten. Die Technologie wurde erstmals im 19. Jahrhundert erforscht und Sie können wahrscheinlich sofort erkennen, wo das Problem liegt. Eine Flüssigbatterie für Elektrofahrzeuge kann zahlreiche Ladezyklen durchlaufen, bevor ihr die Energie ausgeht. Ein festes Material ist nicht flexibel, zumindest kein gewöhnliches, kostengünstiges festes Material, was erklärt, warum Forscher des 21. Jahrhunderts immer noch Schwierigkeiten haben, eine Entdeckung aus dem 19. Jahrhundert zu verfeinern.
Ein wichtiger Durchbruch gelang im Juni, als das Oak Ridge National Laboratory des Energieministeriums in Tennessee einen in den 1990er-Jahren vom Labor entwickelten festen Lithium-Phosphor-Oxinitrid-Elektrolyten (LiPON) genauer unter die Lupe nahm. Sie wussten es immer Der Festelektrolyt war stabiler als seine flüssigen Cousins, sie wussten nur nicht genau warum.
Mithilfe einer Kombination aus Reflektometrie und Elektrochemie stellte das Forschungsteam fest, dass eine nanoskalige Schicht mit einer Dicke von etwa 70 Atomen der Schlüssel zur Bildung einer stabilen Grenzfläche zwischen LiPON und Lithium ist. Das Team ist bereits im nächsten Schritt dabei, die Schicht an andere Arten von Festkörperelektrolyten anzupassen.
Prologium ist beim Wärmemanagement der Elektrofahrzeug-Batterie auf dem Vormarsch
Überhitzung ist eine der Herausforderungen bei der Entwicklung einer Flüssigelektrolyt-Batterie für Elektrofahrzeuge. Wärmemanagement ist auch bei Festkörperbatterien ein Thema, und hier kommen die neuesten Nachrichten von ProLogium ins Spiel.
Das in Taiwan ansässige Startup stellte letzten Monat eine neue Version seiner Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge vor, die einen Oxidkeramikelektrolyten verwendet. Wie ProLogium erklärt, zeichnet sich die Batterie durch eine höhere Wärmeleitfähigkeit und thermische Stabilität aus, was ein maßgeschneidertes Wärmemanagementsystem erfordert.
Prologium hat das deutsche Unternehmen engagiert MAHLE ein maßgeschneidertes System für die neue Batterie zu entwickeln. Dies ist der erste Einstieg von MAHLE in die Festkörpertechnologie, doch die Geschichte des Unternehmens als Automobilzulieferer reicht bis zur Gründung im Jahr 1920 zurück. MAHLE weist darauf hin, dass heute etwa die Hälfte der Fahrzeuge auf den Straßen mindestens ein MAHLE-Bauteil unter der Haube haben.
ProLogium ist seinerseits überzeugt, die perfekte Ergänzung gefunden zu haben. „Die Partnerschaft zwischen zwei Pionierunternehmen in den Bereichen Batterien der nächsten Generation und Technik bedeutet einen Schritt vorwärts bei der Gestaltung einer revolutionären Batterie-Wertschöpfungskette, die für den Fortschritt von entscheidender Bedeutung ist die Industrialisierung von Festkörperbatterien„, erklärte ProLogium-Gründer und CEO Vincent Yang.
Das Unternehmen konzentriert sich auf die Prototypenphase, und wenn alles nach Plan verläuft, wird das Ergebnis darin bestehen, das alles entscheidende Element der kommerziellen Realisierbarkeit zu den Vorteilen von Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge hinzuzufügen.
Das gemeinsame Projekt beginnt mit einer gründlichen Bewertung der ProLogium-Batterie. Je nachdem, wie diese Phase abschneidet, wird das Endergebnis die neue Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge „ProLogium-MAHLE“ sein, die über ProLogiums Anoden aus 100 % Siliziumoxid und ein von MAHLE entwickeltes Wärmemanagementsystem verfügt.
Der lange Weg zu einer kommerziell nutzbaren Batterie für Elektrofahrzeuge
Da es kein kostenloses Mittagessen gibt, hat die hohe Leistung von Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge ihren Preis. Positiv zu vermerken ist, dass neue Erkenntnisse wie die des Oak Ridge-Labors den Forschungs- und Entwicklungsprozess beschleunigen und den Kostenrückgang beschleunigen könnten.
Festkörper-Batterien für Elektrofahrzeuge sind mittlerweile relativ teuer, aber Optimisten können darauf hinweisen, dass die Kosten für herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge war früher auch viel höher. Das US-Energieministerium hat festgestellt, dass die Kosten für einen Batteriesatz für Elektrofahrzeuge zwischen 2008 und 2022 um beeindruckende 89 % gesunken sind, berechnet bei konstanten US-Dollar im Jahr 2022.
„Die Schätzung für 2022 liegt bei 153 US-Dollar/kWh auf Basis der nutzbaren Energie für eine Produktion im Maßstab von mindestens 100.000 Einheiten pro Jahr. Das entspricht 1.355 US-Dollar/kWh im Jahr 2008“, berichtet das Energieministerium. „Der Kostenrückgang ist auf Verbesserungen bei Batterietechnologien und -chemie sowie auf einen Anstieg des Produktionsvolumens zurückzuführen.“
Der Wert von 153 US-Dollar/kWh ist tatsächlich etwas höher als der Wert von 143 US-Dollar/kWh aus dem Jahr 2020, was teilweise auf einen jüngsten Anstieg der Lithiumkosten zurückzuführen ist. Hier in den USA dürfte sich das Problem in den kommenden Jahren lösen, wenn das Land endlich damit beginnt, seine heimischen Lithiumressourcen zu erschließen.
Das Energieministerium hat bereits ein weiteres Projekt ins Auge gefasst Senkung der Kosten für Elektrofahrzeugbatterien um 50 % bis 2030, was bedeutet, dass Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge noch viel Nachholbedarf haben. Je nachdem, wer gerade spricht, liegt die preisgünstige Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge der Zukunft noch in weiter Ferne. Hier ist eine Einschätzung der Firma Research and Markets aus dem Jahr 2019:
„…in der Anfangsphase der Entwicklung, die Festkörpertechnologie Es wird geschätzt, dass hohe Kosten in der Größenordnung von variieren ~800 $/kWh auf ~400kWh bis zum Jahr 2026. Auf diesem Niveau wird erwartet, dass die Festkörpertechnologie in Premiumfahrzeugen, Supersportwagen und Luxusautos anwendbar sein wird, da diese Technologie in ihrer expansiven Kostenklasse problemlos untergebracht werden kann.“
Autsch! Positiv zu vermerken ist, dass eine höhere Energiedichte bedeutet, dass eine Festkörperbatterie für Elektrofahrzeuge die gleiche Leistung wie eine herkömmliche Batterie liefern kann und gleichzeitig weniger Platz im Fahrzeug einnimmt, was dazu beitragen könnte, die Gesamtkosten des Fahrzeugs zu senken. Wie Prologium betont, können Festkörperbatterien auch dazu beitragen, den Einsatz von Rohstoffen und Produktionsabfällen zu reduzieren und so die Erschwinglichkeitsgrenze zu erweitern.
Neben dem von Research and Markets ins Auge gefassten High-End-Markt könnte auch der Markt für Flottenfahrzeuge ein einladendes Umfeld für Festkörpertechnologie bieten, wenn die höheren Kosten des Fahrzeugs durch Langlebigkeit, Reichweite und Schnellladefähigkeit ausgeglichen werden seiner Batterie.
Wenn Sie dazu eine Meinung haben, hinterlassen Sie uns eine Nachricht im Kommentarthread. In der Zwischenzeit scheinen Interessenvertreter im Automobilbereich bereits die Absicht zu haben, Festkörperbatterien umzusetzen.
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Bild: Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge mit MAHLE Wärmemanagementsystem mit freundlicher Genehmigung von Prologium.
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