Die Batterie-Durchbrüche, die die EV-Revolution möglich machen werden, kommen von Orten, von denen Sie noch nie gehört haben. Sie kennen QuantumScape und StoreDot, aber was ist mit Group14 Technologies? Das ist ein Unternehmen, das sagt, es habe einen Weg gefunden, Batterieanoden aus Silizium herzustellen.
Warum ist das eine große Sache? Denn Siliziumanoden können mehr Energie speichern als Graphitelektroden. Mehr Energiedichte bedeutet schnelleres Laden, größere Reichweite und niedrigere Kosten. An dem, was Group14 tut, muss etwas dran sein, denn Porsche hat gerade 400 Millionen Dollar in das Unternehmen investiert. Damit wird eine neue Fabrik im Zentrum von Washington gebaut, die genügend Siliziumkarbid-Anoden produzieren wird, um 600.000 Elektroautos pro Jahr anzutreiben. Es soll bis Ende 2023 in Betrieb gehen.
Andere arbeiten an Siliziumanoden, sagen aber, dass sie noch Jahre von der kommerziellen Produktion entfernt sind. Rick Luebbe, Mitgründer und CEO von Group14, erzählt Kanarische Medien Sein Unternehmen rechnet damit, dass seine ersten Silizium-Anoden-Batterien bereits im nächsten Jahr in Elektroautos eingebaut werden.
„Siliziumbatterien sind hier“, sagt er. „Die Technologie hat sich bewährt. Jetzt geht es um die Skalierung, um der Nachfrage gerecht zu werden.“ Er ist begeistert von der Neuinvestition von Porsche. „Sie gelten als einer der Technologieführer in der Automobilindustrie. Wir freuen uns sehr über diese Bestätigung durch das Porsche-Team.“
Silizium hat einen Nachteil, der Forscher bis zu diesem Punkt behindert hat. Es dehnt sich aus und zieht sich zusammen, wenn die Batterie geladen und entladen wird. Diese Schwankungen können den Akku beschädigen. Der Trick für Unternehmen, einschließlich Group14, besteht darin, die Energiekapazität von Silizium zu nutzen und gleichzeitig den Schaden zu minimieren, den es verursacht.
Das Rezept von Group14, genannt SCC55, verwendet ein „hartes Gerüst auf Kohlenstoffbasis“, um dieses Silizium „in der idealsten Form zu halten – amorph, in Nanogröße und mit Kohlenstoff umhüllt“, so die Website des Unternehmens. Mit anderen Worten, das Silizium sitzt in einer winzigen Gerüststruktur, wo es Raum hat, sich auszudehnen und zusammenzuziehen, ohne die Struktur der Anode zu schwächen, erklärte Lübbe.
Das Unternehmen nennt den Prozess, mit dem es das Kohlenstoffgerüst herstellt, Dryrolyse. Es sei „sowohl ein unglaublich effizienter als auch umweltfreundlicher Ansatz zur Synthese von Kohlenstoff, um das perfekte Kohlenstoffgerüst zu schaffen. Dieser neuartige Ansatz ist hochgradig skalierbar und macht Lösungsmittel überflüssig, indem Trockenpolymerisation mit thermischer Verarbeitung kombiniert wird. Diese Plattform ergibt das ideale Kohlenstoffgerüst für ein Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterial – ideal zum Zurückhalten von amorphem Silizium in Nanogröße. Wichtig ist, dass die „Trockenlyse“ in einem einzigen Schritt und in einem einzigen Reaktor durchgeführt wird.“
Sobald das Gerüst hergestellt ist, heißt der nächste Schritt „Siligenese“. Auf diese Weise stellt Group14 das Silizium-Anodenmaterial her. „Dieser neuartige Ansatz erzeugt sowohl Silizium als auch abgestimmte innere Hohlräume innerhalb des Kohlenstoffgerüsts und verwendet einen nicht exotischen Vorläufer, der sich innerhalb des porösen Kohlenstoffgerüsts in Silizium umwandelt. Neben der Bereitstellung der idealen Form von Silizium unterstützt Siligenesis auch die Expansion und Kontraktion von Silizium in verbleibenden Hohlräumen innerhalb der Partikel des Verbundwerkstoffs, wodurch die elektrochemische Leistung weiter gesteigert wird.“
Das Erreichen einer idealen Anode erfordert Jahre komplizierter Laborwissenschaft. Group14 ist aus einem Unternehmen namens EnerG2 hervorgegangen, das sich auf die Nanotechnologie synthetischer Kohlenstoffe konzentrierte. Diese Muttergesellschaft wurde an BASF verkauft, und dann wurde Group14 im Jahr 2015 ausgegliedert, um diesen technologischen Ansatz auf Siliziumanoden anzuwenden.
Gruppe 14 hat das Silizium-Anodenfeld nicht für sich. Sila Nanotechnologies hat mehrere hundert Millionen Dollar für seine ähnliche Suche gesammelt und Sionic Energy stellt eine Siliziumanode und einen kooptimierten Elektrolyten her. Seine Batterietechnologie wird zuerst in Drohnen eingesetzt, aber es erwartet, dass seine Anoden bis Mitte des Jahrzehnts in Fahrzeuge eingebaut werden.
„Wir werden die Ersten in Elektrofahrzeugen sein“, sagte Lübbe. „Aber es braucht viele Akteure, um eine Branche zu verändern.“ Er lehnte es ab, das Automodell zu nennen, das als erstes mit Siliziumanoden auf den Markt kommen wird, sagte aber, dass die Investition von Porsche mit der Verpflichtung verbunden sei, ab 2024 mit der Herstellung von Lithium-Silizium-Batterien für seine Autos zu beginnen. Und natürlich ist Porsche Teil des Volkswagen Konzerns , also alles, was es weiß, wissen die anderen Mitglieder der Gruppe auch.
Während alle von Festkörperbatterien begeistert sind, haben die Siliziumanoden einen großen Marktvorteil. Sie können mit wenigen Änderungen am Produktionsprozess in den Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien eingefügt werden. Festkörperbatterien könnten die bestehende Fertigungsinfrastruktur im Wert von Milliarden Dollar überflüssig machen.
Es gibt viele bahnbrechende Batteriegeschichten, aber nur wenige von ihnen werden durch eine 400-Millionen-Dollar-Wette eines großen Autoherstellers unterstützt.
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