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Die Übersetzung...
Was kommt als nächstes für Li-Ionen-Batterien?
Peter Braun
25. August 2022
Die Verwendung von Siliziumanoden anstelle von Graphitanoden könnte zu einer erheblichen Verbesserung der Energiedichte in Lithium-Ionen-Batterien führen, und viele Unternehmen entwickeln die Technologie für Batterien der nächsten Generation schnell weiter. Quelle: IDTechEx
Derzeitige chemische Zusammensetzungen von Lithium (Li)-Ionen-Batterien gelten allgemein als an ihren Leistungsgrenzen angelangt. Von Zellmaterialien bis hin zu Batteriedesigns werden weitere Verbesserungen entwickelt, die sowohl die Leistung als auch die Kosten für den zukünftigen Einsatz in tragbaren Geräten bis hin zu Elektrofahrzeugen (EVs) verbessern könnten.
Laut neuen Forschungsergebnissen von IDTechEx ist einer der vielversprechenderen Schritte, die entwickelt werden, die Umstellung von Graphitanoden auf Siliziumanoden. Siliziummaterial wurde in kleinen Mengen in der Anode verwendet, hat sich jedoch in der Vergangenheit aufgrund von Stabilitäts- und Lebensdauerproblemen als schwierig erwiesen.
In den letzten anderthalb Jahrzehnten hat sich die Technologie jedoch so weit entwickelt, dass Zellen zwischen 5 % und 100 % Silizium in der Anode verwenden können. IDTechEx prognostiziert ein erhebliches Wachstum bei der Einführung von Silizium-Anodenmaterialien in Li-Ionen-Batterien, wenn die Technologie ausgereift ist, obwohl Graphit bis 2030 die dominierende Anode bleiben wird.
Kathodensynthese
IDTechEx sagte, dass jede Verbesserung der Kathodenmaterialien inkrementell sein wird, aber eine größere Verschiebung in der Kathodentechnologie und Innovation könnte von der Art und Weise kommen, wie sie synthetisiert werden.
Gegenwärtige Techniken erfordern hohe Temperaturen über lange Zeiträume unter Verwendung großer Volumina an Reagenzien und Wasser. Das ist nicht nur teuer, sondern belastet auch die Umwelt.
Nano One Materials ist ein Unternehmen, das in Zusammenarbeit mit Pulead, einem Kathodenhersteller, eine Lösung zur Herstellung beschichteter Kathodenmaterialien entwickelt. Ein anderes Unternehmen, 6K Energy, verwendet Mikrowellenplasmareaktoren zur Herstellung von Kathodenmaterialien und kann Siliziumanoden- und Festelektrolytmaterialien synthetisieren. 6K hat erst in diesem Jahr eine Finanzierung in Höhe von 102 Millionen US-Dollar aufgebracht und Entwicklungsvereinbarungen mit Albemarie, einem Li-Produzenten, und dem Kathoden-Startup Our Next Energy abgeschlossen.
Beide synthetisierten Lösungen versprechen einen optimierten Prozess, der zu verbesserten Ausbeuten, niedrigeren Herstellungskosten und geringeren Umweltauswirkungen führt.
Feste Zustände
Der ultimative Preis scheint die Entwicklung von Festkörper-Li-Ionen-Batterien zu sein, die erhebliche Sicherheitsverbesserungen bieten könnten, indem sie brennbare flüssige Elektrolyte durch einen Festelektrolyten ersetzen. Diese Technologie könnte auch Energiedichten über 1.000 Wh/I hinaus vorantreiben.
Während IDTechEx prognostiziert, dass der Markt bis 2031 auf mehr als 8 Milliarden US-Dollar wachsen wird, werden Flüssigelektrolyte ein wichtiger Teil des Marktes bleiben. Und in der Zwischenzeit wird die Verwendung neuer Additive und Elektrolytformulierungen dazu beitragen, die thermische Stabilität zu verbessern, den Dampfdruck zu verringern und die Leistung zu verbessern, wodurch diese Flüssigbatterien eine längere Lebensdauer haben als von vielen ursprünglich vorhergesagt.
Neue Akkupacks
Bei Elektrofahrzeugen bieten Batteriepack-Designs eine Möglichkeit, die Leistung zu verbessern. Viele Automobilunternehmen entwickeln Batterien mit Cell-to-Pack-Designs, um Materialien zu eliminieren, die mit der Modulgehäuse- und Packungseffizienz verbunden sind. Dies hilft, die Energiedichte und die Integration in ein Fahrzeug zu verbessern.
Diese platzsparenden Akkupacks könnten die Volumennutzung um 50 % verbessern. Einige Batteriehersteller wie CATL haben ein Cell-to-Pack-Design, das eine Volumennutzung von 72 % erreichen könnte. Während dies tatsächlich die Energiedichte maximieren und einen Weg zu billigeren Batterien mit großer Reichweite bieten wird, haben die Designs eine eingeschränkte Wartungsfreundlichkeit, was bedeutet, dass sie nur auf Elektrofahrzeuge beschränkt sein könnten, sagte IDTechEx.
Intelligente Managementsysteme
Schließlich bewegt sich die Entwicklung von Li-Ionen-Batterien hin zu intelligenteren Batteriemanagementsystemen (BMS), sagte IDTechEx.
BMS-Software und -Analyse können dabei helfen, gleichzeitig Sicherheit, Lebensdauer und Ladezeit zu verbessern sowie die Kapazität einer Batterie zu erhöhen. Dies ist von offensichtlichem Nutzen in Elektrofahrzeugen, könnte aber auch in anderen Geräten wie Smartphones oder Elektrowerkzeugen verwendet werden, wo verbesserte Ladezeiten wünschenswert sind.
Das OnePlus 10T-Smartphone kann dank intelligenter Ladealgorithmen und effizienterem Wärmemanagement in nur 19 Minuten von 1 % auf 100 % gehen, so IDTechEx. Und BMS könnte möglicherweise auch andere Aspekte von Li-Ionen-Batterien verbessern, einschließlich Lebensdauer, Energiedichte, Sicherheit und mehr. |
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