Ein Wallbox-Ladegerät für Elektroautos wird während der „Mondial de l'Auto“ im Parc des Expositions am 15. Oktober 2024 in Paris, Frankreich, ausgestellt.
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Siliziumanoden scheinen im Wettlauf um die Kommerzialisierung der Batterietechnologien der nächsten Generation für Elektrofahrzeuge führend zu sein.
Der Hype um siliziumbasierte Anoden, die eine verbesserte Leistung und schnellere Lademöglichkeiten für Elektrofahrzeuge versprechen, hat in den letzten Monaten zugenommen – ebenso wie der Hype um Festkörperbatterien scheint im Sande verlaufen zu sein.
Es kommt als Steigerung der EV-Verkäufe Die weltweite Nachfrage nach Batterien treibt die Nachfrage nach Batterien weiterhin in die Höhe, was Automobilgiganten dazu veranlasst, auf dem Weg zur vollständigen Elektrifizierung mit großen Zellherstellern zusammenzuarbeiten.
Während einige OEMs (Originalgerätehersteller) dies getan haben unterschriebene Deals mit Entwicklern von Festkörperbatterien, Automobilherstellern wie z Mercedes, Porsche Und GM Sie alle setzen stark auf Siliziumanoden, um die Wissenschaft hinter Elektrofahrzeugen grundlegend zu verändern.
Ein aktueller Bericht Das Beratungsunternehmen IDTechEx beschrieb das Potenzial fortschrittlicher Siliziumanodenmaterialien als „immens“ für die Verbesserung kritischer Bereiche der Batterieleistung und stellte fest, dass dieses Potenzial von Automobilherstellern und wichtigen Akteuren der Batterieindustrie nicht unbemerkt geblieben sei.
Es wurde jedoch gewarnt, dass für eine breite Akzeptanz Herausforderungen wie Zyklusdauer, Haltbarkeit und – vielleicht am wichtigsten – Kosten angegangen werden müssen.
Venkat Srinivasan, Direktor des Collaborative Center for Energy Storage Science am Argonne National Laboratory der US-Regierung in Chicago, sagte, Siliziumanoden scheinen gegenüber Festkörperbatterien die Nase vorn zu haben.
„Wenn es ein Pferderennen gibt, scheint Silizium zumindest im Moment die Nase vorn zu haben, aber wir haben keines davon kommerzialisiert“, sagte Srinivasan per Videokonferenz zu CNBC.
Srinivasan sagte vor fünf Jahren, dass Siliziumanodenbatterien eine kalendarische Lebensdauer von etwa einem Jahr hatten, doch neuere Daten scheinen eine dramatische Verbesserung der Haltbarkeit dieser Materialien zu zeigen, wobei einige Tests jetzt eine kalendarische Lebensdauer von drei bis vier Jahren prognostizieren.
Im Gegensatz zur Zyklenlebensdauer einer Batterie, die angibt, wie oft sie geladen und entladen werden kann, misst die Kalenderlebensdauer die Verschlechterung über die Zeit. Normalerweise bezieht sich die Kalenderlebensdauer einer Batterie auf den Zeitraum, in dem sie unabhängig von der Nutzung mit über 80 % ihrer ursprünglichen Kapazität funktionieren kann.
Srinivasan sagte, Festkörperbatterien, die lange Zeit als „die“ bezeichnet wurdenheiliger Gral„des nachhaltigen Fahrens haben noch einen langen Weg vor sich, bis sie mit den jüngsten Fortschritten der Siliziumanoden mithalten können.
„Dieser Übergang muss immer noch im Festkörperzustand mit ihren Metallbatterien vollzogen werden, und deshalb denke ich, dass man von Leuten hört, dass, hey, es so aussieht, als hätte sich dieses Versprechen nicht erfüllt“, sagte Srinivasan.
„Das bedeutet nicht, dass wir dort nicht ankommen werden. Es kann in ein paar Jahren passieren. Es bedeutet nur, dass es sich anfühlt, als ob sich Silizium heute in einem anderen Teil der Technologiereife befindet.“
Siliziumanoden vs. Festkörperbatterien
Analysten sagen, dass Siliziumanoden theoretisch eine zehnmal höhere Energiedichte bieten als Graphit, der heute üblicherweise in Batterieanoden verwendet wird. Allerdings unterliegen dieselben Materialien typischerweise einer schnellen Verschlechterung, wenn viel Silizium verwendet wird.
„Siliziumanoden und Festkörperbatterien sind zwei aufstrebende Technologietrends auf dem Markt für Elektrofahrzeugbatterien, die darauf abzielen, die Grenzen von Hochleistungsbatteriezellen zu verschieben“, sagte Rory McNulty, leitender Forschungsanalyst bei Benchmark Mineral Intelligence, per E-Mail gegenüber CNBC.
Ein Forscher überprüft am Donnerstag, den 22. Juni 2023, die Elektromagnet-Enteisenungsmaschine im Forschungs- und Entwicklungszentrum von Daejoo Electronic Materials Co. in Siheung, Südkorea.
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Es sei in der Regel so, dass eine bessere Batterieleistung auf Kosten der Langlebigkeit oder Sicherheit gehe, sagte McNulty. Es ist beispielsweise bekannt, dass Siliziumanoden beim Laden stark aufquellen, was die Lebensdauer der Batterie verringert.
Im Vergleich dazu, so McNulty, sollen Festkörperbatterien die Stabilität des Elektrolyten gegenüber Hochleistungselektrodenmaterialien erheblich verbessern und so den Herausforderungen entgegenwirken, die mit der Verwendung von Materialien mit hoher Energiedichte wie Silizium und Lithium einhergehen.
Wie der Name schon sagt, enthalten Festkörperbatterien einen festen Elektrolyten, der beispielsweise aus Keramik besteht. Das unterscheidet sie von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien, die flüssigen Elektrolyten enthalten.
Vor allem im Westen gibt es Fortschritte im Bereich der Siliziumanoden [are] als strategische Chance gesehen, mit China gleichzuziehen.
Georgi Georgiev
Batterierohstoffanalyst bei Fastmarkets
Japans Toyota und Nissan haben beide erklärt, dass sie in den kommenden Jahren die Massenproduktion von Festkörperbatterien anstreben, während die chinesische SAIC Motor Corp angeblich kündigte Anfang September an, dass seine Marke MG innerhalb der nächsten 12 Monate Autos mit Festkörperbatterien ausrüsten werde.
Dennoch, Analysten bleiben skeptisch darüber, wann Festkörperbatterien tatsächlich auf den Markt kommen werden.
Eine strategische Chance?
„Anoden auf Siliziumbasis versprechen, die Technologie der nächsten Generation im Anodenbereich zu sein und eine Lösung für schnelleres Laden zu bieten“, sagte Georgi Georgiev, Batterierohstoffanalyst beim Beratungsunternehmen Fastmarkets, per E-Mail gegenüber CNBC.
Georgiev sagte, mehrere Branchenakteure hätten das Potenzial von Siliziumanoden untersucht, von etablierten Anodenlieferanten in China und Südkorea bis hin zu neuen Akteuren wie Taiwans ProLogium und den US-amerikanischen Herstellern Group14 und Sila Nanotechnologien.
„Vor allem im Westen gibt es Fortschritte im Bereich der Siliziumanoden [are] „Dies wird als strategische Chance gesehen, mit China gleichzuziehen, das die Lieferketten für graphitbasierte Anoden dominiert und chinesische Anodenhersteller 98 % des weltweiten Anodenmarkts für Batterien halten“, sagte Georgiev.
„Allerdings gibt es erhebliche technische Herausforderungen bei der Herstellung von Anoden aus 100 % Silizium, wie z. B. die Ausdehnung des Siliziums, die sich auf die Langlebigkeit der Batterien auswirkt, und derzeit gibt es mehrere Möglichkeiten, Siliziumanoden herzustellen“, fügte er hinzu.
Eine Batterie der nächsten Generation aus 100 % Silizium-Verbundanoden von FEV x ProLogium Technology Co. auf dem Pariser Autosalon in Paris, Frankreich, am Dienstag, 15. Oktober 2024.
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Der taiwanesische Batteriehersteller ProLogium stellte auf der Weltpremiere die weltweit erste Batterie mit vollständiger Siliziumanode vor Pariser Autosalon letzten Monat, Sprichwort Das neue Schnelllade-Batteriesystem übertraf nicht nur herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien hinsichtlich Leistung und Ladeeffizienz, sondern stellte auch „kritische Herausforderungen für die Branche“ dar.
Unter Berufung auf Testdaten gab ProLogium an, dass der Akku mit 100 % Siliziumanode in nur 5 Minuten von 5 % auf 60 % aufgeladen werden könne und in 8,5 Minuten 80 % erreichen könne. Der Fortschritt wurde als „beispiellose Errungenschaft auf dem hart umkämpften Elektrofahrzeugmarkt“ bezeichnet, der dazu beitragen werde, die Ladezeiten zu verkürzen und die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu erweitern.
Georgiev von Fastmarkets sagte, ein großes Fragezeichen bei der Kommerzialisierung von Siliziumanoden seien die Produktionskosten und die Frage, ob einer der großen Hersteller von Siliziumanoden „Material in großem Maßstab mit gleichbleibender Qualität und zu einem wettbewerbsfähigen Preis produzieren könnte“ – [a] Hauptanforderungen der OEMs.“
„Derzeit werden Siliziumanoden eher als Zusatz zu Anoden auf Graphitbasis verwendet, und in den kommenden Jahren erwarten wir einen Anstieg des Siliziumanteils in der Anode, allerdings in Kombination mit Graphit, während Anoden aus 100 % Silizium länger brauchen werden in den Massenmarkt eintreten“, fügte er hinzu.
