Kein Graphit? Kein Problem, Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge sind auf dem Vormarsch

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Autohersteller in den USA gerieten letztes Jahr unter anderem in Aufruhr, als China neue Exportbeschränkungen für Graphit, den Hauptbestandteil von Elektrofahrzeugbatterien, ankündigte. Da China der Hauptlieferant von Graphit ist, ist das ein Problem. Allerdings nicht mehr lange. Interessengruppen im Automobilbereich bereiten sich auf neue Batterien für Elektrofahrzeuge vor, die Graphit durch Silizium ersetzen, und auch die Industrie für synthetischen Graphit tritt in Aktion.

Silizium-Batterien für Elektrofahrzeuge sind bald erhältlich, von StoreDot

Ein gutes Beispiel für die rasanten Entwicklungen im Bereich der Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge ist das israelische Startup StoreDot. Das Unternehmen sicherte sich 2018 eine 20-Millionen-Dollar-Investition von BP. Daimler, VinFast, Volvo Cars, Polestar, Ola Electric, Samsung und TDK sind unter anderem von StoreDots Plan für ultraschnell ladende Silizium-Batterien für Elektrofahrzeuge angezogen.

Die Umstellung auf Silizium ist mehr als nur eine Lösung für die Lieferkette. Wie die Technologie von StoreDot zeigt, können Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge eine bessere Leistung und ein schnelleres Laden bieten als herkömmliche Graphitbatterien.

Das kurzfristige Ziel von StoreDot ist eine 100-Meilen-Aufladung in fünf Minuten. Das Unternehmen geht davon aus, dass die Ladezeit seiner Elektrofahrzeugbatterien in etwa zwei Jahren auf eine Ladezeit von 4 Minuten sinken wird, was einem Endziel von zwei Minuten bis 2032 entspricht.

Anfang des Jahres kündigte StoreDot außerdem eine neue Batteriezellenarchitektur an, die es Automobilherstellern ermöglichen soll, Batteriezellen effizienter zu Paketen zusammenzubauen, eine Verbesserung, die die Produktion beschleunigen und Kosten senken soll.

In der neuesten Entwicklung kündigte StoreDot Anfang dieser Woche eine strategische Partnerschaft mit dem chinesischen Batteriehersteller EVE Energy an, die darauf abzielt, dies zu erreichen Silizium-XFC-Batterien zur kommerziellen Produktion. Die neue Vereinbarung baut auf einer bestehenden Zusammenarbeit zwischen den beiden Unternehmen auf.

„Der Deal wird es künftig ermöglichen, dass die Zellen von StoreDot auf den hochmodernen Produktionslinien von EVE hergestellt werden und direkt an das Kundenportfolio des Unternehmens aus globalen Herstellern von Elektrofahrzeugen geliefert werden“, erklärt StoreDot.

„Das Unternehmen wird seine Technologie auch an EVE lizenzieren und weiterhin Lizenzvereinbarungen mit anderen Dritten abschließen, in Verbindung mit der Schaffung seiner eigenen globalen Captive-Kapazität“, fügen sie hinzu.

EVE bezeichnet sich selbst als „einer der zehn weltweit führenden Anbieter von Elektrofahrzeugbatterien, der weltweit expandiert und enge Beziehungen zu vielen der weltweit führenden Automobilhersteller unterhält.“ Im Ernst. Wann CleanTechnica Das zuletzt entdeckte Unternehmen EVE plante, als technischer Berater und Minderheitsaktionär in einem Joint Venture für Elektrofahrzeugbatterien im US-Bundesstaat Mississippi zu fungieren. Die anderen Teilnehmer sind drei erstklassige Lkw-Hersteller, die Accelera-Niederlassung von Cummins, Daimler Trucks & Buses und PACCAR, dem die Marken Kenworth und Peterbilt gehören.

Was das Silizium angeht, das ist nicht irgendein altes Silizium. Ohne zu viel zu verraten, erklärt StoreDot, dass sein Silizium „zusammen mit proprietären kleinen Molekülen organischer Verbindungen synthetisiert“ wird.

Das Ergebnis ist “ein hochwirksames aktives Material das Siliziumänderungen widersteht, wie z. B. die Volumenausweitung während des Batterieladens, Probleme mit Energieverlust, erhebliche Einschränkungen der Geschwindigkeitsfähigkeit und erhöhte Sicherheit“, fügt StoreDot hinzu (sehen Sie sich unsere vollständige StoreDot-Abdeckung an). Hier).

Ein weiterer Schritt in Richtung der Silizium-Elektrofahrzeugbatterien der Zukunft…

Zu Beginn dieser Woche kam es zu einer weiteren interessanten Entwicklung, als bekannt wurde, dass das führende globale Unternehmen Ferroglobus hat sich mit dem US-amerikanischen Batterieinnovator zusammengetan Kern-Schale Siliziummetall-Batterien für Elektrofahrzeuge zu entwickeln und auch hier in den USA zu produzieren.

„Ferroglobe und Coreshell wollen gemeinsam produzieren das erste batterietaugliche metallurgische Silizium für die Entwicklung kostengünstiger EV-Batterien mit hoher Reichweite in Übereinstimmung mit dem US Inflation Reduction Act“, gaben die Partner bekannt.

Der Mashup verbindet die proprietären EV-Batterietechnologien von Coreshell mit dem proprietären kostengünstigen Siliziumreinigungsprozess von Ferroglobe. „Diese Innovationen ermöglichen erstmals die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien mit metallurgischen Silizium-dominanten Anoden, die die Produktanforderungen für eine lange Lebensdauer in einer Reihe von Anwendungen erfüllen“, erklären sie.

„Silizium speichert zehnmal mehr Energie als Graphit und ist in ausreichender Menge und Qualität verfügbar. Es ist der einzig gangbare Weg zu kostengünstigen Batterien für Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite, die mithilfe einer zu 100 % inländischen Lieferkette schnell skaliert werden können“, sagte Jonathan Tan, CEO von Coreshell, in einer Pressemitteilung.

„Wir vereinfachen Silizium und senken die Kosten, damit wir die kostengünstigsten Batterien für Elektrofahrzeuge mit großer Reichweite liefern können, die es gibt“, fügte er hinzu.

…Und weiter in die Zukunft

Abgerundet werden die jüngsten Nachrichten durch einen neuen gelbasierten Ansatz für Silizium-Elektrobatterien, der von einem Forschungsteam der Fakultät für Chemie bei POSTECH, der Pohang University of Science and Technology in Korea, vorgeschlagen wurde.

„Sie haben den Code geknackt und eine taschenfreundliche und grundsolide nächste Generation entwickelt Li-Ionen-Batteriesystem mit hoher Energiedichte mit Mikrosiliziumpartikeln und Gel-Polymer-Elektrolyten“, erklärt die Kommunikationsabteilung von POSTECH begeistert.

Der Code, auf den sie sich beziehen, ist ein Gleichgewicht zwischen den Kosten von Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge und der Größe der Siliziumpartikel. Nanoskalige Partikel verhindern, dass sich Siliziumbatterien während der Ladezyklen zersetzen, sind aber teuer. Die Steigerung auf Partikel in Mikrogröße verbessert die Energiedichte und senkt gleichzeitig die Kosten, allerdings ist die Batterie dann anfällig für eine Verschlechterung.

Um größere Partikel ohne Leistungseinbußen einzusetzen, hat das POSTECH-Team einen gelartigen Elektrolyten entwickelt, der sich mit Mikrosiliziumpartikeln verbindet.

„Im Gegensatz zu herkömmlichen flüssigen Elektrolyten liegen Gelelektrolyte in einem festen oder gelförmigen Zustand vor und zeichnen sich durch eine elastische Polymerstruktur aus, die eine bessere Stabilität aufweist als ihre flüssigen Gegenstücke“, erklärt POSTECH.

„Das Ergebnis war bemerkenswert: Die Batterie zeigte selbst mit Mikrosiliziumpartikeln (5 μm), die hundertmal größer waren als diejenigen, die in herkömmlichen Nanosiliziumanoden verwendet werden, eine stabile Leistung“, berichtete POSTECH.

POSTECH nimmt auch den äußerst wichtigen Herstellungsaspekt zur Kenntnis und stellt fest, dass sich der neue Mikrosilizium-Ansatz für einen „einfachen Herstellungsprozess eignet, der sofort anwendungsbereit ist“.

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Graphit hin oder her, es kommen noch mehr Batterien für Elektrofahrzeuge

Was das Graphitproblem betrifft, so hat China im vergangenen Herbst ein neues, restriktiveres Verfahren zur Genehmigung des Graphitexports angekündigt. Bisher scheint es sich bei der Maßnahme um eine bürokratische Angelegenheit zu handeln. Branchenbeobachter befürchten jedoch, dass die Rinde schnell in den Bissmodus übergehen könnte, was zu Vergeltungsmaßnahmen für die USA und ihre Verbündeten führen könnte.

„China raffiniert fast 90 % des weltweiten Graphits, ein wesentliches Material für fast alle Anoden von Elektrofahrzeugbatterien. Im vergangenen Jahr wurden dort 79 % des weltweiten Graphitangebots produziert, während Nordamerika nur 1,2 % beisteuerte“, stellt das führende globale Supply-Chain-Management-Unternehmen GEP fest.

Wenn China überall auf einmal den Graphithahn zudrehen würde, würde das den Batterie-Akteuren große Schmerzen bereiten. Dennoch könnten alternative Quellen schwerwiegende Schäden verhindern und es ermöglichen, die Produktion von Graphitbatterien für Elektrofahrzeuge zügig fortzusetzen, bis die Siliziumproduktion hochgefahren wird.

Obwohl GEP darauf hinweist, dass alternative Graphitquellen geografisch begrenzt sind, weisen sie auch darauf hin, dass Mexiko, Kanada und Indien zu den Ländern gehören, die dazu beitragen könnten, Lücken in der Lieferkette zu schließen.

GEP weist außerdem darauf hin, dass Elektrofahrzeugbatterien recycelt werden können, was auch mehr Optionen in der Graphit-Lieferkette eröffnen könnte. „Beschaffungsteams sollten die Möglichkeiten des Recyclings und der Wiederverwendung von Graphit aus Altbatterien sowie aus Schrott und Abfallmaterialien aus der Batterieproduktion prüfen“, rät GEP.

„Dies würde die Abhängigkeit von Primärgraphit verringern und die Umweltauswirkungen der Batterieherstellung und -entsorgung verringern“, fügen sie hinzu.

Synthetischer Graphit ist eine weitere Option. GEP nimmt das norwegische Startup Vianode zur Kenntnis, das bis 2030 auf die Produktion von synthetischem Graphit für Elektrofahrzeugbatterien im großen Maßstab hinarbeitet und dabei auf den europäischen und US-amerikanischen Markt abzielt.

Hier in den USA plant das Start-up-Unternehmen Anovion aus Illinois bereits den Bau einer neuen 800-Millionen-Dollar-Fabrik Anoden aus synthetischem Graphit für Elektrofahrzeugbatterien in Georgia, mit einer Unterstützung von 117 Millionen US-Dollar aus dem parteiübergreifenden Infrastrukturgesetz 2021. Wann der Betrieb voraussichtlich aufgenommen wird, ist noch nicht bekannt. Bleiben Sie also gespannt, um mehr darüber zu erfahren.

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Bild: StoreDot bringt es mit Extrem schnelles Laden Mit Unterstützung des weltweit führenden Herstellers EVE Energy bringen wir Silizium-Batterien für Elektrofahrzeuge auf den Markt.