Batterien
Veröffentlicht auf 4. November 2020 |
von Johnna Crider
4. November 2020 durch Johnna Crider
Stanford Energy hat kürzlich sein StorageX International Symposium Industrial Panel virtuell veranstaltet. Das Gremium bestand aus Top-Batterieexperten wie JB Straubel, einem der Mitbegründer von Tesla, der nach Jahren als CTO abreiste, um Redwood Materials zu gründen. Celina Mikolajczak von Panasonic; und Heiko Urtel von der BASF.
Die Professoren für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik Will Chueh und Yi Cui moderierten das Panel, das alle zwei Wochen stattfindet. Das StorageX-Symposium wurde im vergangenen Jahr in Stanford gestartet. Der Schwerpunkt liegt auf Batterien. Die Veranstaltung dauert fast zwei Stunden und kann im folgenden Video angesehen werden. Im Folgenden finden Sie einige kurze Hinweise aus dem Video.
Die Rolle der BASF beim EV-Übergang
Urtel sprach über einige der Herausforderungen, denen sich die BASF und die Industrie stellten, um die Elektromobilität für die Verbraucher zu einer tragfähigeren Technologie zu machen. Die BASF, ein wichtiger Zulieferer der globalen Automobilindustrie, könnte mit einem schrumpfenden Markt konfrontiert sein.
"Für ein Unternehmen wie die BASF ist es mehr als selbstverständlich, in Batteriematerialsysteme zu investieren." Die Investition in etwas – eine neue Technologie -, die sich abzeichnet und den Markt schrumpfen lässt, gleicht den schrumpfenden Automobilmarkt insgesamt aus. Die BASF, die ihre Wurzeln in der Chemie hat, hat andere Segmente, die vom Trend der Elektromobilität profitieren. Ein Beispiel, das Urtel zitierte, war die Lieferung der richtigen Kunststoffe und Polymere, die zur Isolierung der Kabel und der Elektronik verwendet werden.
Eine Sache, auf die sich die BASF konzentriert, sind kathodenaktive Materialien wie Nickel, Kobalt und Mangan oder Nickel-Kobalt-Aluminiumoxide. Diese dienen zur Beschichtung der Kathoden der Batterie. "Diese Materialien haben einen enormen Einfluss auf die Kosten, das Gewicht, die Reichweite und die Sicherheit Ihrer Batteriezelle", sagte er und fügte hinzu, dass sie letztendlich einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtleistung des Autos haben.
Urtel sprach auch von der Wichtigkeit zu wissen, dass die Wertschöpfungskette mit dem Bergbau beginnt. Für die von der BASF hergestellten Kathodenmaterialien möchte die BASF sicherstellen, dass eine zuverlässige Lieferkette aufgebaut wird. Wichtiger als dies ist eine nachhaltige Wertschöpfungskette. "Alle unsere Metallanbieter werden geprüft und wir führen wirklich spezielle Überprüfungen in Bezug auf Nachhaltigkeit aus sozialer, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Sicht durch, um sicherzustellen, dass wir dies auf die nachhaltigste Weise tun."
Einige der Herausforderungen, die Urtel erwähnte, sind:
- Herausforderung der Kalzinierung von kathodenaktivem Material (CAM).
- Herausforderungen bei der CAM-Massenproduktion: Nummerierung und Skalierung.
- Neue Ansätze für kostengünstige CAM.
Urtel sprach auch mehr über jede der Herausforderungen, die Sie beobachten können Hier.
Panasonics Geschichte der Zellherstellung und aktuelles Volumen
Celina Mikolajczak wollte zeigen, wie die Produktion von Zellen, wie sie in der Tesla Gigafactory in Nevada hergestellt werden, aussieht und was sie wirklich bedeutet. „Diese Fabrik ist immens. Es produziert jeden Tag Millionen von Zellen “, sagte sie. Sie bemerkte, dass eine Fabrik, als sie vor etwa 20 Jahren in der Branche anfing, ziemlich erstaunlich war, wenn sie eine Million Zellen pro Monat oder sogar fünf Millionen Zellen pro Monat produzieren konnte. "Wir produzieren solche Zahlen in Tagen." Die Gigafactory hat einen Anteil von rund 30% an der ursprünglich geplanten Stellfläche, und Panasonic nimmt etwa zwei Drittel dieser Stellfläche ein. "Dort haben wir eine Produktion von mindestens 35 Gigawattstunden pro Jahr oder mehr erreicht", sagte Mikolajczak.
Wenn man sich das Bild ansieht, das sie im Video zur Verfügung gestellt hat, würde man annehmen, dass es klein ist, aber sie wies darauf hin, dass Sie im Wesentlichen eine sechsstöckige Fabrik betrachten, die in drei Stockwerke unterteilt ist. Mikolajczak wollte auch einen Eindruck von der Zeitachse der Tesla Gigafactory in Nevada vermitteln. „Wir haben 2014 mit dem ersten Spatenstich begonnen. Panasonic begann Ende 2015 mit der Installation von Geräten und Anfang 2017 mit der ersten Massenproduktion von Zellen. Das war auf einer einzigen Linie, und während der Bauarbeiten produzierten wir Zellen, während das Werk war um uns herum gebaut werden. “ Diese hatten natürlich mehrere Herausforderungen, aber Panasonic fügte immer wieder Leitungen hinzu und erzielte 2018 einen Versand von 100 Millionen Zellen.
"Hundert Millionen Zellen sind ein großer Meilenstein", bemerkte Mikolajczak und wies darauf hin, dass dies für normale Fabriken eine Produktion von vielen Jahren bedeuten könnte. "Dies wurde innerhalb von etwa einem Jahr getan", sagte sie. „Die erste milliardste Zelle wurde im Februar 2019 ausgeliefert, und trotz Covid haben wir unsere drei milliardste Zelle im August dieses Jahres ausgeliefert. Dies gibt einen Eindruck davon, wie viele Zellen produziert werden und wie groß diese Fabrik tatsächlich sein muss, um dies zu tun. ”
Mikolajczak erklärte auch die tiefere Geschichte von Panasonic. "Vor hundert Jahren stellte Panasonic mit den Batterien kleine Fahrradlampen her, um sie mit Strom zu versorgen", sagte Mikolajczak und fügte hinzu, dass die heutigen Lithium-Ionen-Zellen die neuesten in einer langen Reihe von Batterien sind, die Panasonic in relativ hohen Stückzahlen hergestellt hat. "Sie müssen nicht alles neu erfinden, wenn Sie etwas wie die Gigafactory bauen. Sie entwickeln Designs und Sie entwickeln sie aus früheren chemischen Verfahren. “ Sie können die vollständige Präsentation von Mikolajczak im Panel sehen Hier.
JB Straubel
Straubel, der den größten Teil seiner Karriere als Chief Technology Officer (CTO) von Tesla verbracht hatte, sprach über Tesla und einen neuen Fokus, den es zu prüfen hatte, und warum dieser Fokus so wichtig war, dass er ging, um ein neues Unternehmen zu gründen, das sich vollständig konzentriert auf diese Initiative. Dieser Schwerpunkt liegt auf dem Recycling von Batterien.
„Es war ein erstaunliches Abenteuer zu beobachten, wie schnell sich der Elektrofahrzeugmarkt für Elektrofahrzeuge entwickelt hat. Ich denke, es ist schwer, sich an diese Zeiten vor 15 Jahren zu erinnern, als Elektrofahrzeuge noch nicht einmal dem Mainstream nahe waren, und die meisten Menschen hatten wirklich nicht erwartet, dass sie einen signifikanten Marktanteil übernehmen würden. Es konzentrierte sich mehr auf Brennstoffzellen und HEV. Es ist ziemlich erstaunlich, denke ich, und es ist wirklich wunderbar zu sehen, dass sich Nachhaltigkeit und Elektromobilität in dem Maße beschleunigt haben, wie sie es getan haben. Aber für mich wurde während dieser ganzen Zeit immer klarer, dass wir die Herausforderungen immer weiter nach oben verlagerten. Das Ausmaß der gesamten Automobilindustrie und das Ausmaß der Energiewirtschaft in diesem Ausmaß waren ebenfalls erforderlich, um diesen gesamten Wandel zu unterstützen. “
Straubel teilte mit, dass er sich vor langer Zeit in der Ingenieurschule darüber beklagte, wie es sich anfühlte, als ob alle großen Innovationen bereits stattgefunden hätten und dass wir die Zeit der Edisons, Nikola Teslas, Daimlers oder Fords of irgendwie verpasst hätten die Welt, die ganze industrielle Ökosysteme erfinden durfte. "Es stellt sich heraus, dass wir in dieser Generation von Ingenieuren, Wissenschaftlern und Industriellen, die ein völlig neues industrielles System für Nachhaltigkeit entwickeln können, fast in genau der gleichen Zeit leben", sagte er.
Über die vorgelagerten Herausforderungen sagte Straubel: „Eine Möglichkeit, dies zu betrachten, besteht darin, den unglaublichen Fokus auf die Kosten der Materialien zu verlagern, die in die Produkte einfließen.“ Er ging auf die Änderungen in der Lieferkette eines Elektrofahrzeugs im Vergleich zu einem Fahrzeug mit fossilen Brennstoffen ein und stellte fest, dass die Änderung direkt auf die Batterie hinweist. Innerhalb der Batterie fließt ein Großteil dieser Veränderung in die aktiven Materialien, aus denen die Batterie besteht. Straubel wies auch darauf hin, dass die Kosten für diese Materialien immer noch ziemlich hoch sind, obwohl es den Fabriken gelungen ist, die Montagekosten für Materialien sowie die Kosten für die Herstellung von Arbeitskräften und Energie zu senken. Das Problem wird jedoch immer noch in Richtung Stückliste und sogar in Richtung der Rohstoffe verschoben, die in die grundlegend konstruierten Materialien eingehen.
„Für mich war es sehr aufregend und interessant, diesen Trend zu sehen, aber es war auch eine ziemlich klare Herausforderung, wo ich mich konzentrieren wollte. Persönlich würde ich sagen, dass ich zu 50% Unternehmer und zu 50% Ingenieur / Erfinder bin und es einfach liebe, Teams, Gebäudetechnologien und Innovationen aufzubauen. Tesla ist zu einem so erstaunlichen Ausmaß gewachsen – es ist unglaublich zu sehen -, aber es bedarf eines etwas anderen Fokus, insbesondere in einigen Führungspositionen auf den obersten Ebenen. Für mich macht es unglaublich viel Spaß und ich genieße es wirklich, ein neues kleines Unternehmen aufzubauen – die Grundlage für eine Technologie für etwas zu schaffen, das ich in Zukunft als unvermeidlich betrachte und auf das wir uns mehr konzentrieren müssen. “
Straubel erklärte die Mission von Redwood als dreifach:
- Angemessene Entsorgung Vermeidung aller negativen Folgen, die auftreten oder auftreten können, wenn eine Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und nicht ordnungsgemäß gehandhabt wird. "Das war eine Herausforderung, mit der wir bei Tesla zu kämpfen hatten", sagte Straubel.
- Materialrückgewinnung und -aufbereitung. Dies erfordert wertvolle Rohstoffe und die Erfindung und Verbesserung der Methoden zur effizientesten Rückgewinnung und die direkte Rückführung in die richtige Qualität und Konsistenz von Verbindungen, die wieder in die Lieferkette eingeführt werden können.
- Die ersten beiden zusammenführen. Dies bedeutet, dass Redwood sich darauf konzentriert, Wege zu finden, um effizienter und wirtschaftlicher von einer alten Batterie zu den Komponenten zu gelangen, aus denen eine neue Batterie besteht. „Heute ist dies sehr albern und sehr diskret, und die Leute teilen dies in viele verschiedene Unternehmen und Prozesse auf, und es ist auch auf sehr ineffiziente Weise auf der ganzen Welt verstreut. Diese Materialien machen während ihres gesamten Lebens eine unglaubliche physische Reise. “
Straubel beschrieb die Reise der Materialien, aus denen eine Batterie besteht. Ausgehend von dem Ort, an dem sie abgebaut werden, reisen sie dorthin, wo sie raffiniert, zu Zellen verarbeitet, dann in ein Elektrofahrzeug gegeben und schließlich recycelt werden. "Es gibt eine großartige Möglichkeit, einen Teil davon vertikal zu integrieren – diese physische Lieferkette zu komprimieren und einige der Chemie- und Herstellungsprozesse zu überlappen, um viel Kosten und Umpackaufwand zu sparen, wenn etwas getan und dann rückgängig gemacht wird." Sie können die vollständige Präsentation von Straubel im Panel sehen Hier.
Abschließende Gedanken
Nachdem jeder der Diskussionsteilnehmer gesprochen hatte, gab es eine etwa einstündige Diskussion. Eines der in der Diskussion erwähnten Themen war die Bedeutung der Skalierung. Professor Cui bemerkte, dass Tesla, als er vor 15 Jahren in Stanford anfing, noch ein Startup war und Skalierung damals nicht wirklich ein Thema war. Er wies darauf hin, dass das Wissen, wie man skaliert, bereits eine große Innovation ist.
Die erste Frage drehte sich um das Konzept der Skalierung. "Wir skalieren so schnell, dass es wirklich sehr, sehr schnell läuft – 100-Meter-Strich -, aber gleichzeitig müssen Sie immer noch Innovationen durchführen, skalieren und Ihre technologischen Innovationen durchführen." Wenn Sie an einen 100-Meter-Strich denken, ist es so, als würden Sie so schnell laufen, aber gleichzeitig ändern Sie Ihren Laufstil. Das ist sehr schwierig “, sagte Professor Cui, bevor er sie aufforderte, Skalierung und Innovation auf dem Weg zu teilen – die Batteriematerialien, das perfektionierte neue Rezept und die Zellherstellung. „Wie denken wir gleichzeitig über Innovation und Skalierung?“
"Der Gedanke an Skalierung und Innovation bei der Skalierung von Fertigungssystemen ist hilfreich, wenn Sie tatsächlich an diesen Produktionslinien arbeiten", sagte Mikolajczak und fügte hinzu, dass ihre Ingenieure viel Zeit mit diesen Produktionslinien verbringen. „Du musst dort im Raum sein. Wenn Sie im Raum sind, erkennen Sie, was schwierig ist. Es ist nicht offensichtlich. "
Das Beispiel, das sie gab, war so einfach wie das Reinigen der Elektrolytfüllmaschine. „Es stellt sich heraus, dass Elektrolyt, ein Salz in einem Lösungsmittel, perfekt und gut aussieht, außer dass Sie, wenn Sie eine Füllmaschine einige Tage lang laufen lassen, die gesamte Salzkristallisation auf allen verschiedenen Komponenten finden. Wenn Sie kristallisiertes Salz auf all Ihren Komponenten haben, werden Sie nicht sehr effektiv füllen. Die Siegel, die Sie zum Füllen verwenden, sind schlecht und so weiter, sodass Sie auf Probleme stoßen. Sie müssen diese Maschine also reinigen. Dies bedeutet, dass jemand ein Atemschutzgerät mit voller Leistung anlegt – es ist diese ganze Haube -, in die Maschine klettert, Dinge auseinander zieht und dann das Zeug reinigen muss. Und Sie erkennen tatsächlich, dass ich den Reinigungsprozess automatisieren muss, wenn ich skalieren will. "
Sie können die vollständige Podiumsdiskussion anzeigen Hier.
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Über den Autor
Johnna Crider ist eine Baton Rouge-Künstlerin, Edelstein- und Mineraliensammlerin, Mitglied der International Gem Society und eine Tesla-Aktionärin, die an Elon Musk und Tesla glaubt. Elon Musk riet ihr 2018, an das Gute zu glauben.
Tesla ist eines von vielen guten Dingen, an die man glauben kann. Sie finden Johnna auf Twitter