Sila Battery ersetzt Graphit durch Siliziumpulver auf der Suche nach Batterien mit 1000 Wattstunden pro Liter

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Gene Berdichevsky war die siebte Person, die 2004 von Tesla eingestellt wurde, und leitete das Batterieteam für das Roadster-Batteriesystem. Im Jahr 2011 verließ er Tesla, um Mitgründer zu werden Sila mit Tesla-Kollege Alex Jacobs und Gleb Yushin, einem Materialwissenschaftsprofessor an der Georgia Tech.

Sila plant, sein Titan-Siliziumpulver an Batteriehersteller wie Panasonic zu liefern, das den für die Anoden in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Graphit ganz oder teilweise ersetzen wird. Das Siliziumpulver hat mehrere Vorteile. Damit könnten Elektrofahrzeuge bald bis zu 500 Meilen weit fahren können, ohne zum Aufladen anhalten zu müssen. Sollte dennoch ein Aufladen erforderlich sein, können die Sila-Batterien dies in etwa 10 Minuten tun. Das Beste ist, dass die Verwendung von Siliziumpulver von Sila keine neuen Herstellungstechniken erfordert und China umgeht, das derzeit 96 % des von den Batterieherstellern weltweit verwendeten gereinigten Graphits liefert.

Panasonic produziert etwa 10 Prozent aller Elektrofahrzeugbatterien und sein Hauptkunde in den USA ist Tesla. Diese Woche gab Panasonic bekannt, dass es in einigen der von ihm hergestellten Lithium-Ionen-Batterien in den USA hergestelltes Siliziumpulver von Sila verwenden wird. Im vergangenen Jahr unterzeichnete Sila einen Liefervertrag mit Mercedes-Benz für seinen neuen Langstrecken-Elektro-SUV der G-Klasse, der voraussichtlich 2025 auf den Markt kommen wird. Mercedes leitete 2019 die Finanzierungsrunde der Serie E für Sila.

Die Sila-Siliziumpulveranode

Entsprechend VerdrahtetDas Titan-Silizium-Anodenpulver von Sila besteht aus winzigen Partikeln aus nanostrukturiertem Silizium, das Graphit in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ersetzt. „Wir haben 12 Jahre und 80.000 Iterationen gebraucht, um an diesen Punkt zu gelangen. „Das ist anspruchsvolle Wissenschaft“, sagt Berdichevsky. Im Vergleich zu Graphit speichert Silizium bis zu zehnmal mehr Energie. Daher kann die Verwendung von Silizium anstelle von Graphit für Anoden, die beim Entladen einer Batterie Elektronen freisetzen, die Energiedichte einer Batterie erheblich verbessern.

Allerdings schwillt das Material bei wiederholtem Laden an, was zu Rissen führt, die die Lebensdauer der Batterie drastisch verkürzen. Die Sila-Technologie ermöglicht diese Erweiterung, indem sie nanoskalige Kohlenstoff-„Gerüste“ verwendet, um das Silizium in Schach zu halten. „Titansilizium ist ein Nano-Verbundmaterial“, sagt Berdichevsky. „Es ist wie Rosinenbrot, bei dem die Rosinen das Silizium sind und sich um die Rosinen herum eine matschige Matrix mit einer großen Außenschale auf dem Partikel selbst befindet. Die Rinde hält den Raum und das Brot schiebt sich zur Seite, wenn sich die Rosinen ausdehnen. Das Gerüst hält das Silizium nicht, es nimmt die Ausdehnung auf.“

Bei dem patentierten Gerüstverfahren wird aus Silizium gewonnenes Silangas in maßgeschneiderte Kohlenstoffgitter infiltriert. Das resultierende Pulver im Mikrometerbereich wird dann an Batteriehersteller geliefert. „Wir können 50 bis 100 Prozent des Graphits in Lithium-Ionen-Batterien ersetzen“, behauptet Berdichevsky. Ein vollständiger Austausch könnte die Kilometerleistung eines typischen Elektrofahrzeugs um 40 Prozent steigern und die Zeit bis zum Erreichen einer 80-Prozent-Ladung auf etwa zehn Minuten verkürzen.

Laut Sila ist Titan-Silizium etwa fünfmal leichter als Graphit und nimmt bei voller Ladung etwa die Hälfte des Platzes ein. In einem Pressemitteilung Bei der Bekanntgabe der Vereinbarung mit Sila gab Panasonic an, dass das Unternehmen das Ziel habe, die volumetrische Energiedichte seiner Batterien bis 2030 auf 1.000 Wattstunden pro Liter zu erhöhen.

„Das ist eine sehr hohe Kennzahl“, sagt Berdichevsky. „Die besten Batterien der Welt haben heute eine Leistung von rund 740 Wattstunden pro Liter, und das sind die gleichen Zahlen, die Entwickler von Festkörperbatterien als erreichbar bezeichnen. Wir sagen, dass wir mit der Technologie bald dieses Niveau erreichen können [that] ist jetzt hier.“

Graphit ist das weltweit am häufigsten verwendete Anodenmaterial, das in fast jeder Lithium-Ionen-Batterie enthalten ist und bis zu 60 Prozent des Batterievolumens ausmacht. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur werden derzeit etwa drei Viertel aller Elektrofahrzeugbatterien in China hergestellt. Das Bergbauberatungsunternehmen Benchmark Mineral Intelligence schätzt, dass China 61 Prozent des weltweit natürlich vorkommenden Graphits produziert und 98 Prozent des fertigen Graphitmaterials raffiniert.

Sila steigert die Produktion von Siliziumpulver

Seit 2017 wird Silas Anodenpulver für die Unterhaltungselektronik in einer Pilotanlage am Firmensitz in Alameda, Kalifornien, hergestellt. Um Siliziumpulver in den Mengen zu produzieren, die für die Herstellung von Elektrofahrzeugbatterien in großem Maßstab erforderlich sind, baut das Unternehmen derzeit eine 600.000 Quadratmeter große ehemalige Glasfaserfabrik in Moses Lake, Washington.

In diesem Gebiet steht reichlich Wasserkraft zur Verfügung. Laut Berdichevsky wünschen sich europäische Kunden Batteriematerialien, die mit erneuerbarer Energie hergestellt werden. Die EU verlangt nun, dass jede Elektrofahrzeugbatterie, die für den Einsatz in Europa bestimmt ist, über einen „Batteriepass“ verfügt – ein Etikett, das ihren CO2-Fußabdruck angibt. Solche „Batteriepässe“ verfolgen Batterien und deren Materialien digital entlang der Lieferkette.

Auch im Inflation Reduction Act von 2022 sind Anforderungen an die Lieferkette enthalten. Um sich für Subventionen für Elektrofahrzeuge zu qualifizieren, müssen Batteriemineralien im Inland oder von Verbündeten bezogen werden. Die IRA schreibt vor, dass ab diesem Jahr 40 Prozent der Batteriematerialien aus den USA oder zugelassenen Ländern bezogen werden müssen, ab 2027 sollen es 80 Prozent sein.

Die IRA verbietet außerdem die Verwendung kritischer Mineralien, Batteriematerialien und anderer Komponenten von „besorgniserregenden ausländischen Unternehmen“. „Wenn Sie in Ihren Batterien Material verwenden, das aus China stammt, entgehen Ihren Kunden eine Steuergutschrift in Höhe von 7.500 US-Dollar“, sagt Berdichevsky.

Der Zugang zu Wasserkraft hat andere Batterieunternehmen nach Moses Lake gelockt. Nur eine Meile von der Sila-Fabrik entfernt hat Group14 Technologies den Grundstein für eine neue Fabrik gelegt, die ein ähnliches Silikonpulver für Porsche herstellen wird, das letztes Jahr eine Finanzierungsrunde in Höhe von 614 Millionen US-Dollar in Group14 anführte. Diese Fabrik wird voraussichtlich im Jahr 2024 ihren Betrieb aufnehmen und genug SCC55-Anodenpulver produzieren, um Batterien für 200.000 Elektrofahrzeuge pro Jahr herzustellen.

„Es gibt Unternehmen, die Partnerschaften und Kooperationen haben, aber alle befinden sich noch in der Entwicklung“, behauptet Berdichevsky, „während wir für die Massenproduktion bereit sind.“

Jay Turner, Professor für Umweltwissenschaften am Wellesley College, erzählt Verdrahtet Die groß angelegte inländische Produktion neuer Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge ist eine wichtige Entwicklung. „Es markiert einen wichtigen Bruch mit der Geschichte. In der Vergangenheit waren die USA führend in der fortschrittlichen Batterieforschung, ein Großteil der eigentlichen Herstellung fand jedoch im Ausland statt. Es ist spannend zu sehen, wie in den USA entwickelte Forschung in US-Fabriken ausgeweitet wird. Sowohl Sila als auch Group14 scheinen für die Skalierung gut aufgestellt zu sein.“

Das wegnehmen

Es ist schwer, King Of The Mountain zu sein. China mag heute die Graphitproduktion im Würgegriff haben, aber wie lange wird es diese Position halten können? Die einfache Antwort besteht darin, mit der Verwendung von Graphen aufzuhören und stattdessen etwas anderes zu verwenden – etwa Siliziumpulver. Das ist nicht einfach, wie die Forschung von Sila zeigt, aber es ist möglich.

Wir haben kürzlich über ein Unternehmen berichtet, das Batteriegraphit aus Holzspänen herstellen will. Tausende von Forschern in Hunderten von Labors arbeiten daran, bessere, leistungsstärkere und kostengünstigere Batterien herzustellen. Wie wir rund um die fusionsbetriebene Feuerstelle sagen CleanTechnicadie Batterien, die unsere Elektroautos und -lastwagen im Jahr 2030 antreiben werden, sind noch nicht erfunden.

China mag heute die Branche dominieren, aber das ändert sich dank politischer Initiativen in Europa und den USA schnell. Entspannt euch, Leute. Alles wird gut.

Huttipp an Dan Allard