Festkörperbatterien: Das Rennen zur Revolutionierung von Elektrofahrzeugen
Festkörperbatterien versprechen mehr Energie und verbesserte Reichweite für Elektrofahrzeuge. Aber können sie die Erwartungen erfüllen?
Die Herausforderungen der Arbeit mit Festkörperbatterien
Am Battery Research and Innovation Hub der Deakin University, dem größten in Australien, werden Forscher Prototypen für die nächste Generation von Batterien erstellen und testen. Die Arbeit in dem Trockenraum, der frei von Feuchtigkeit sein muss, um Kontaminationen zu vermeiden, ist nicht nur schwierig, sondern auch anstrengend für die Forscher.
Wasser und Feuchtigkeit stellen während der Produktion eine Gefahr für Batterien dar. Kontaminationen können dazu führen, dass die Batterie versagt oder ihre Leistung beeinträchtigt wird. In einigen Fällen kann es sogar gefährlich sein, da Lithium schlecht auf Wasser reagiert und explosive Reaktionen verursachen kann.
Unternehmen auf der ganzen Welt befinden sich im Rennen um die Entwicklung von Festkörperbatterien, da sie als die Zukunft der Batterietechnologie angesehen werden. Die aktuellen Lithium-Ionen-Batterien sind zwar gut erforscht, aber Festkörperbatterien haben das Potenzial, transformative Veränderungen herbeizuführen.
Der Hype und die Hoffnung rund um Festkörperbatterien
Seit der Einführung der ersten kommerziellen Festkörperbatterie im Jahr 2015 wächst der Hype um diese Batterien. Das französische Unternehmen Blue Solutions hat eine Festkörperbatterie für E-Busse entwickelt, die jedoch Einschränkungen wie lange Ladezeiten hatte.
Automobilhersteller wie Toyota und Volkswagen haben bedeutende Fortschritte in der Festkörperbatterietechnologie gemacht. Toyota hat einen Durchbruch angekündigt, der die Größe, das Gewicht und die Kosten von Festkörperbatterien halbieren könnte. Volkswagen hat erfolgreiche Tests einer Festkörperbatterie durchgeführt, die nach 1.000 Ladezyklen 95% ihrer Kapazität behielt.
Obwohl diese Fortschritte aufregend sind, sind auf dem Weg zur Kommerzialisierung von Festkörperbatterien einige Herausforderungen zu bewältigen. Technische Probleme wie die Bildung von Dendriten auf Lithium-Metall-Anoden müssen gelöst werden. Produktionslinien müssen umgebaut und Lieferkettenprobleme behoben werden, bevor Festkörperbatterien weitgehend in Elektrofahrzeugen (EVs) verwendet werden können.
Mechanik und Herausforderungen von Festkörperbatterien
Festkörperbatterien versprechen größere Energieerzeugung mit kleineren Batterien. Statt des flüssigen Elektrolyten, der in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird, verwenden sie ein festes Material, was sie sicherer macht und ihre Energiedichte verbessert.
Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von Festkörperbatterien ist die Bildung von Dendriten auf Lithium-Metall-Anoden. Diese Dendriten wachsen im Laufe der Zeit und können Kurzschlüsse in der Batterie verursachen, wodurch sie unbrauchbar wird.
Siliziumbasierte Anoden, die weiter fortgeschritten sind als Lithium-Metall-Anoden, haben ihre eigenen Herausforderungen. Silizium-Anoden dehnen sich bei jedem Ladezyklus aus und zusammen, sodass sie sich letztendlich zu Pulver zerlegen. Die Herausforderungen zu bewältigen und die Produktionskosten für Festkörperbatterien zu senken, bleibt ein vorrangiges Ziel im Rennen zur Revolutionierung von EVs.
