Die revolutionäre Batterietechnologie für Elektroautos, von der Sie noch nie gehört haben

Dank dieser Entwicklungen sind eine längere Lebensdauer, eine größere Reichweite und eine verbesserte Sicherheit für Elektrofahrzeugbatterien verlockend nah

Die Batterietechnologie schreitet rasant voran, wobei unterschiedliche Zellchemien und Ladetechnologien Elektrofahrzeuge (EVs) innerhalb weniger Jahre möglicherweise revolutionieren werden.

Hier finden Sie einen Überblick über einige dieser bahnbrechenden Technologien, von neuen Batteriematerialien bis hin zu KI-Robotik für eine sicherere und schnellere Batteriedemontage.

Die meisten modernen EV-Batterien im Jahr 2023 verwenden die Chemie von Lithium-Ionen-Zellen mit unterschiedlichem Zelldesign und unterschiedlichem Metallmix. Aber fast alle von ihnen verwenden eine Graphitanode, was einer der Faktoren ist, die dazu führen, dass die Leistung von Li-Ionen-Batterien mit der Zeit und den Ladezyklen abnimmt.

Jetzt gelten Siliziumanoden als einer der großen technischen Fortschritte, die die Batterielebensdauer und -leistung wirklich verbessern könnten. Mit Anoden für Siliziumbatterien wird seit den 1970er Jahren experimentiert. Allerdings haben Lithium-Silizium-Batterien in den letzten Jahren große Fortschritte gemacht, da es immer wichtiger wird, die Ladegeschwindigkeit der Batterie, die Langlebigkeit der Leistung und die Energiedichte der Zellen zu verbessern.

Es sollte klargestellt werden, dass Lithium-Silizium-Batterien (wie sie immer genannt werden) eine Untermarke von Lithium-Ionen-Batterien sind und daher immer noch auf schwer zu beschaffende Metalle wie Kobalt und Nickel angewiesen sind, das Silizium-Anodenmaterial diese jedoch umwandeln kann Ladegeschwindigkeit und Lebensdauer des Akkus.

StoreDot hat seinen Sitz in Israel und ist seit mehr als 10 Jahren führend in der Entwicklung von Siliziumanoden und profitiert dabei von intensiven Beziehungen zu Daimler und Volvo. Der Durchbruch gelang ihm kürzlich mit seinem „100 in 5“-Lithium-Silizium-Akku, der pro fünf Minuten Ladezeit 100 Meilen (oder 10-80 % in etwa 10 Minuten bei einem 75-kWh-Akku) aufladen kann, sich aber auch bewährt hat eine hervorragende Langlebigkeit zu haben.

Tests haben gezeigt, dass die Batterie von StoreDot mit einem 350-kW-Ladegerät ultraschnell von 10-80 % aufgeladen werden kann, bevor sie dann eine Stunde lang schnell entladen wird, bevor sie erneut ultraschnell aufgeladen wird, und so weiter 1.000 Mal, bevor die Batterieleistung erreicht wird zersetzt sich auf 80 % des Zustands im Neuzustand und weist unter solch extremen Ladebedingungen eine weitaus längere Lebensdauer auf als eine herkömmliche Graphitanode.

„Wir haben uns riesig gefreut, dass die 100-in-5-Batteriemuster an unsere Partner verschickt wurden“, sagte mir Doron Myersdorf, CEO von StoreDot. „Dies [die 100-in-5-Batterie] galt bisher als unmöglich.

„Alle Experten, die uns vor vielen Jahren besuchten und uns sagten, dass diese extrem schnelle Ladebatterie aufgrund von Widerstand, Hitze usw. nicht möglich sei – dennoch ist es uns gelungen, eine Batterie zu entwickeln, die weitaus weniger Widerstand aufweist und sehr sicher und wiederholt aufgeladen werden kann.“ 100 Meilen Reichweite in weniger als fünf Minuten.

Wie bei jeder Technologie gibt es Nachteile bei Silizium, da es beim Erhitzen während des Ladevorgangs zu einer starken Volumenausdehnung neigt. Myersdorf beschrieb, wie die 100-in-5-Batterie „eine 3D-Kohlenstoffstruktur fast wie ein Schwamm verwendet, in deren Kanälen Silizium eingebettet ist. Wenn die Ionen während des Ladevorgangs in diese Kanäle eindringen, blasen sie die Siliziumpartikel in Nanogröße auf, aber sie blasen sie auf.“ bläst sich nicht außerhalb der 3D-Struktur auf. Auf diese Weise können wir das Silizium sicher nutzen, ohne den Nachteil der Expansion zu zahlen.“

Erwarten Sie, dass diese neue Siliziumbatterietechnologie in den nächsten Jahren im Premium-Elektrofahrzeugmarkt Einzug halten wird.

Nur wenige wissen, dass kobaltfreie Batterien im Nutzfahrzeugbereich bereits seit vielen Jahren in großer Zahl im Einsatz sind. Mit der Weiterentwicklung kobaltfreier Lithium-Eisenphosphat-Batterien (LFP) werden sie nun auch zu einem willkommenen Bestandteil von Pkw-Elektrofahrzeugen und werden bereits häufig von Tesla, MG und BYD eingesetzt.

Die LFP-Technologie gibt es schon seit vielen Jahren, aber die Tatsache, dass sie nicht so viel Energie speichern konnte wie Lithium-Ionen-Batterien, führte dazu, dass sich die meisten Hersteller stattdessen darauf konzentrierten und sie zur Norm wurde.

Aber in China wurde die Entwicklung von LFP-Batterien in den letzten Jahrzehnten fortgesetzt und sie werden mittlerweile in fast der Hälfte der dort verkauften Elektrofahrzeuge verwendet. Die chinesischen Hersteller BYD und SAIC (zu denen die Marke MG gehört) sowie Tesla mit seinem Standard Range Model 3 bieten alle LFP-Batterien mit einem ähnlichen Reichweitenpotenzial wie Li-Ionen-Batterien an. Sie können also damit rechnen, dass es in Zukunft weitaus mehr LFP-Batterien geben wird.

Dass LFP sicherer sein kann, hat BYD mit seiner neuen „Blade“-Batterie auch bewiesen. Die Zellen sind in Streifenform angeordnet und nicht in herkömmlicher Kasten- oder Zylinderform, daher der Name Blade. Das Unternehmen hat kürzlich öffentlich einen Nagel in eine Blade-Batterie eingeschlagen, um zu demonstrieren, dass diese selbst dann kein Feuer fängt, wenn das Innere der Zelle Sauerstoff ausgesetzt ist .

Die Nachteile? Es bestehen echte Bedenken hinsichtlich der Eignung von LFP für das Recycling. Die Materialien selbst sind genauso recycelbar wie die in einer herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie (die normalerweise zu 96 % recycelbar ist, da nur die Harze nicht wiederverwendet werden können), aber da Eisen ein weniger wertvolles Metall als Kobalt oder Nickel ist, Derzeit ist es günstiger, neues Eisen abzubauen, als es aus alten Batterien zu recyceln.

Einige Experten gehen davon aus, dass es ohne den kommerziellen und finanziellen Anreiz zum Recycling bei LFP-Batterien nicht so viel gibt wie bei Lithium-Ionen-Batterien.

Angesichts des enormen Verkaufswachstums bei Elektrofahrzeugen musste die unterstützende Industrie mit dem unvermeidlichen Anstieg der Wiederverwendung von Batterien fertig werden, während gleichzeitig auch das Recycling drastisch gesteigert werden musste.

Ein großer Teil der Sicherheit und Effizienz des Batterierecyclingprozesses ist die Rückgewinnung und „Sortierung“ der Batterien, bei der entschieden wird, ob die Batterie am besten recycelt oder in ihrem vorhandenen Zustand wiederverwendet wird. Dies ist ein besonders schwieriger Teil des Prozesses, da jede möglicherweise kompromittierte Zelle mit äußerster Vorsicht behandelt werden muss.

Aus diesem Grund wird fortschrittliche Robotik entwickelt, um die Wiederherstellung, Analyse und Demontage von Batterien zu unterstützen. Das ReLib-Projekt der Faraday Institution entwickelt in Zusammenarbeit mit der Universität Birmingham seit vielen Jahren genau solche Robotik.

„Tests haben Vorrang vor dem Recycling, da sie den Gesundheitszustand der Batterie zeigen und es dem Endbenutzer ermöglichen, die beschädigten oder ausgedienten Batteriemodule zu reparieren oder zu ersetzen“, sagt Dr. Alireza Rastegarpanah, der das ReLib-Robotikteam leitet. „Das Testen beschädigter Batterien birgt jedoch höhere Sicherheitsrisiken als Altbatterien. Die Automatisierung dieses Prozesses kann die Sicherheitsrisiken erheblich reduzieren und auch zu einer effizienteren Rückgewinnung kritischer Materialien beitragen.“

Dr. Rastegarpanah und Professor Rustam Stolkin haben bereits eine Reihe fortschrittlicher Frameworks für Robotik und künstliche Intelligenz entwickelt, um diesen Prozess zu automatisieren, der auch in der Lage ist, Batterien unterschiedlicher Bauart zu zerlegen; Dies ist von erheblicher Bedeutung, da die mangelnde Einheitlichkeit des Designs von Fahrzeugbatteriepaketen eines der Hauptprobleme bei der Erstellung sicherer Test- und Demontageprotokolle darstellt.

„Batterien werden in naher Zukunft mithilfe der Robotertechnologie effizienter zurückgewonnen, recycelt und wiederverwendet“, erklärt Rastegarpanah. „Durch Robotik können Batterien effizienter zerlegt und Abfall reduziert werden. Maschinelles Sehen und künstliche Intelligenz werden auch zum Sortieren und Identifizieren von Batterien eingesetzt, und Roboter können mithilfe von Algorithmen für maschinelles Lernen lernen, verschiedene Batterietypen und ihre Komponenten zu identifizieren.“ ."

Digitale Pässe und die Blockchain-Technologie dürften auch die einfache Bewertung und das Recycling von Batterien revolutionieren. Kurz gesagt, diese Technologie verleiht einer Batterie eine leicht nachverfolgbare, detaillierte und manipulationssichere digitale Historie, die es Unternehmen, die sie wiederverwenden oder recyceln, ermöglicht, den Zustand der Komponenten einfach zu überprüfen.

Es ist nicht nur eine einfache Möglichkeit, den Zustand der Batterie zu überprüfen. Das Robotikteam von ReLib nutzt Blockchain-Technologie, um Robotersysteme mit Informationen wie den 3D-CAD-Zeichnungen (Computer Assisted Design) der Batterie zu unterstützen, um relevante Aufgaben schneller und effizienter auszuführen.