Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation könnten die US-Armee anlocken

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Die Siliziumbatterietechnologie dringt langsam aus dem Labor in den kommerziellen Markt ein und verspricht geringere Kosten und eine höhere Leistung als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Aus dem Rinnsal wird bald eine Flut. Die US-Armee trägt zum einen dazu bei, den Einsatz von Siliziumtechnologien in tragbaren Batterien zu beschleunigen, und das könnte auch dazu beitragen, den Weg für Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge zu ebnen.

Der lange Weg zu Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge ist lang

Um es klar zu sagen: Siliziumbatterien nutzen die Lithium-Ionen-Technologie. Der Unterschied besteht darin, dass herkömmliche Li-Ionen-Batterien Graphit für die Anoden verwenden. Siliziumbatterien verwenden Silizium.

„Silizium gilt seit langem als vielversprechendes Medium für Anoden, da es gewichtsmäßig zehnmal so viele Lithiumionen aufnehmen kann wie Graphit“, berichtete Prachi Patel IEEE-Spektrum letzten Mai. „Tatsächlich wurde Silizium erstmals dokumentiert Verwendung als Anode für Lithiumbatterien ist sogar sieben Jahre älter als die von Graphit.“

Also was ist passiert? Warum haben wir immer noch EV-Batterien mit Graphit statt Silizium? Die Antwort ist, dass Batterieinnovatoren auf dem Weg zu den Siliziumbatterien für Elektrofahrzeuge der Zukunft einige erhebliche Hürden überwinden mussten.

“Die Schwierigkeit ist, Silizium dehnt sich stark aus wenn es auf Lithium trifft, ist es zu schwach, um dem Druck der Elektrodenherstellung standzuhalten“, stellte das Pacific Northwest National Laboratory des US-Energieministeriums bereits im Jahr 2020 fest.

Das Labor war bereits einer Lösung auf den Fersen. „Bereits im Jahr 2010 plante PNNL den Untergang der Graphitanode für Elektrofahrzeugbatterien mit Unterstützung von Silizium.“ CleanTechnica im selben Jahr festgestellt.

Siliziumbatterien und die US-Armee

Seit 2020 ist viel passiert, was die Verbesserung der Siliziumtechnologie und die Markteinführung der Technologie betrifft (weitere Informationen zu Siliziumbatterien finden Sie hier).

Ein Faktor, der die Aktivitäten im Siliziumbereich vorantreibt, ist die US-Armee. Obwohl die Armee bei der Einführung batteriebetriebener Elektrofahrzeuge nur langsam vorankommt, ist sie ständig auf der Suche nach Möglichkeiten, die schwere Last an tragbaren Batterien, die der moderne Soldat mit sich herumträgt, um seinen immer größeren Bestand an tragbaren elektronischen Geräten mit Strom zu versorgen, zu erleichtern. Auch langlebigere Akkus stehen im Vordergrund.

Da die Drohnentechnologie das Feuer noch weiter anheizt, hat sich die Suche nach einer besseren Batterie der US-Armee in den letzten Jahren zunehmend auf Siliziumanoden konzentriert.

Im Jahr 2021 das US-amerikanische Siliziumbatterie-Startup Amprius Technologies hat einen Vertrag mit dem Rapid Capabilities and Critical Technologies Office der US-Armee für den Einsatz seiner neuen Siliziumbatterie in Drohnen gewonnen, und seitdem geht es rasant voran.

Der 18-monatige Vertrag umfasste das Design, die Entwicklung und die Validierung der neuen Batterie, alles in einer Schnellsequenz. Im Rahmen des Vertrags begann Amprius auch mit dem Bau und Test von Batteriezellen, die mit der neuen Conformal Wearable Battery-Plattform der Armee für tragbare Energiespeicher kompatibel sind, die besser passt als die alten Batteriewesten im Ziegelstein-Stil.

Im Jahr 2022 erreichte das Unternehmen einen wichtigen Meilenstein für seine Silizium-Batteriezelle in US-Armee-Qualitätnachdem er einen vorgeschriebenen Nagelpenetrationstest bestanden hat.

Die meisten von uns im zivilen Leben müssen sich keine Sorgen darüber machen, dass ihre Batterien von Nägeln durchbohrt werden, aber das ist eine Tatsache im Leben auf dem Schlachtfeld.

„Nach dem Eindringen des Nagels ist die Zelle immer noch funktionsfähig und liefert Strom, eine entscheidende Fähigkeit für tragbare Batterien für Soldaten“, berichtete das Unternehmen.

Steigerung der Produktion von Siliziumbatterien

EV-Batterien für die US-Armee sind nicht Teil des Amprius-Vertrags, aber die militärische Verbindung hat die Expansionspläne des Unternehmens unterstützt. Die Entwicklung der neuen Batterie ist nur ein Teil der Zusammenarbeit von Amprius mit der Armee. Der andere Teil besteht darin, die Fähigkeit zu schaffen, es in großem Maßstab bereitzustellen.

Letztes Jahr veröffentlichte Amprius einen Fortschrittsbericht über seine Arbeit im Bereich Conformable Wearable Battery und stellte fest, dass dies mit der Vorgabe der Armee übereinstimmt, in Produktionssystemen in großem Maßstab eingesetzt zu werden. Die Firma Inventus Power arbeitet auch am CWB-Programm mit.

„Amprius hat erhebliche Fortschritte in seinem von der Armee finanzierten Manufacturing Technology (ManTech)-Programm erzielt, einem industriellen Vorbereitungsprogramm, das sich auf die Erfüllung der armeeweiten Fertigungsanforderungen konzentriert“, erklärte das Unternehmen letztes Jahr, als es einen Meilenstein erreichte Massenproduktion der neuen Batterie.

Das bringt uns zum 3. Januar, als Amprius das Jahr 2024 mit einer Pressemitteilung einleitete, in der ein angekündigt wurde Großlieferung der neuen Batterie an die US-Armee. Über die Menge, um die es dabei geht, gibt es noch keine Angaben, aber das Unternehmen wies darauf hin, dass ihm der ManTech-Zuschuss die Möglichkeit bot, seine Massenproduktionssysteme zu optimieren.

„Heute schließt Amprius seine Initiativen zur Automatisierung, Prüfung und Kostensenkung im Herstellungsprozess ab, um sich auf die groß angelegte Produktion in Colorado vorzubereiten, die im Jahr 2025 in Betrieb gehen soll“, berichtete das Unternehmen.

Das war erst vor ein paar Wochen. Am 16. Januar startete Amprius eine Erweiterung seines Portfolios an „branchenführenden Siliziumanodenbatterien mit dem Ziel, die Elektromobilität zu revolutionieren“. Wie von Amprius beschrieben, ist die neue Siliziumproduktplattform namens SiCore „auf das Angebot ausgelegt hohe Energiedichtebis zu 400 Wh/kg, und lange Zyklenlebensdauer, bis zu 1.200 Zyklen bei voller Entladungstiefe.“

Dr. Kang Sun, CEO von Amprius, ließ in der Pressemitteilung, in der die Einführung von SiCore angekündigt wurde, mehr als nur ein paar Hinweise auf Elektrofahrzeuge fallen.

„Amprius sieht mit SiCore eine bedeutende Chance, unsere Siliziumanoden-Batterielösungen heute zu erweitern und mehr Anwendungen in der Elektromobilität voranzutreiben“, sagte er. „Der weltweite Batteriemarkt für Elektromobilität wird bis 2025 voraussichtlich auf über 100 Milliarden US-Dollar anwachsen, einschließlich Luftfahrt und Elektrofahrzeugen.“

„Wir gehen davon aus, dass diese neue Produktplattform unsere Fähigkeit stärken wird, die Anforderungen unserer Kunden an Volumenlieferungen sofort zu erfüllen, und gleichzeitig eine Drop-in-Lösung zur Förderung der Einführung von Siliziumanoden in mehreren Anwendungen bietet, die es uns ermöglicht, diesen wachsenden Markt besser zu bedienen“, fügte er hinzu.

Mehr Elektrofahrzeuge für die US-Armee

Neben seiner Arbeit für die US-Armee wies Dr. Sun auch darauf hin, dass das Unternehmen Beziehungen zu AALTO/Airbus, AeroVironment, BAE Systems und Teledyne FLIR unterhält.

Wenn man über kleinere Anwendungsfälle wie tragbare Batterien und Drohnen hinausblickt, könnten die Vorteile leichterer, schneller aufladbarer Elektrofahrzeugbatterien mit größerer Reichweite und Siliziumtechnologie dazu beitragen, dass die Armee ihre Bemühungen zur Elektrifizierung von Fahrzeugen verstärkt.

Die Armee experimentiert seit mehr als zehn Jahren mit dem Einsatz von Elektrofahrzeugen auf Stützpunkten, geht jedoch im Bereich der Fronteinsätze vorsichtig vor. Dennoch bietet das Programm „Electric Light Reconnaissance Vehicles“ eine Chance. Diese Öffnung könnte durch die Beteiligung von OshKosh Defense verstärkt werden, das sich auch an den Bemühungen zur Elektrifizierung von Postfahrzeugen beteiligt.

Im Februar 2022 ließ die Armee außerdem verlauten, dass sie eine Zusammenarbeit mit dem Elektrofahrzeug-Startup Canoo unter dem Namen „Screaming Eagle“ für leichte taktische Fahrzeuge prüfe. Abhängig von der Verfügbarkeit finanzieller Mittel erwartet die Armee Berichten zufolge, in diesem Jahr einen Prototypen eines batteriebetriebenen leichten taktischen Fahrzeugs zu starten, nachdem ein Abschlussbericht über Elektro-Lkw von Lordstown Motors und GM zusammen mit dem Canoo-Fahrzeug vorliegt.

Mittlerweile hat Canoo bereits den Elektro-Pickup American Bulldog auf den Markt gebracht. eine zivile Version seiner Arbeit mit der Armeeunter dem Namen American Bulldog, also halten Sie Ausschau danach.

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Bild: Siliziumanoden denn EV-Batterien liegen irgendwo in der Zukunft (mit freundlicher Genehmigung des Pacific Northwest National Laboratory).