E-mobility | Part 2 - Battery Technology & Alternative Innovations (German)
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Das Dokument behandelt die Entwicklung und Herausforderungen von Batterietechnologien, insbesondere Lithium-Ionen-Batterien und ihre Alternativen wie Lithium-Eisen-Phosphat, Lithium-Schwefel und Natrium-Ionen-Batterien. Es werden vor allem die Vorteile neuer Technologien wie Festkörperbatterien hervorgehoben, die eine höhere Energiedichte und Sicherheit bieten. Darüber hinaus wird die Notwendigkeit betont, die Lieferketten abzusichern und nachhaltige Entsorgungslösungen für ausgediente Batterien zu entwickeln.
E-mobility | Part 2 - Battery Technology & Alternative Innovations (German)
- 1. Vertex Perspektive | E-Mobilität 5-teilige Serie zur E-Mobilität Für weitere Informationen senden Sie und eine E- Mail an: [email protected] Batterietechnologie & Alternative Innovationen
- 2. 02 3x Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind weit verbreitet BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN | Der Elektrofahrzeuge (EV) werden mit Lithium-Ionen- Batterien betrieben 60% 01 Hohes Leistungs-/ Gewichtverhältnis 3x so hohe Energiedichte wie bei anderen Systemen Veränderung chemischer Zusammensetzung für bestimmte Anwendungsfälle 03 :
- 3. Da die Nachfrage nach Batterien steigt, werden die Preise für diese Rohstoffe stark ansteigen. Lieferketten- und Konstruktionsprobleme behindern die Einführung von Lithium-Ionen Batterien Diese Herausforderungen haben die Batteriehersteller dazu veranlasst, nach Alternativen zu suchen. LIEFERKETTE Die Lithium-Ionen-Batterie verwendet seltene Metalle wie Lithium, Kobalt und Nickel. Sie sind nicht nur temperatur - und spannungsempfindlich, sondern ihre Hauptgefahr ist der brennbare Elektrolyt. Überladung, extreme Temperaturen, oder externe oder interne Kurzschlüsse können die Lebensdauer der Batterie verkürzen und ein Sicherheitsrisiko darstellen. DESIGN BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
- 4. Vorteil der spezifischen Batterietechnologie im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien Alternative Batterietechnologien sind auf dem Vormarsch... Tief Natrium-Ionen (SI) 120 Wh/kg 310 Wh/L Wichtigste Batteriekennzahlen Materialkosten Pro Masse gespeicherte Energie (Spezifische Energie) Pro Volumen gespeicherte Energie (Spezifische Kapazität) Lebenserwartung Hoch Lithium-Ionen (LI) 180 Wh/kg 470 Wh/L Bis zu 1,000 Zyklen Mässig Lithium-Eisen- Phosphat (LFP) 125 Wh/kg 325 Wh/L Bis zu 12,000 Zyklen Tief Lithium- Schwefel (LS) 450 Wh/kg 550 Wh/L Bis zu 300 Zyklen Bis zu 1,500 Zyklen BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
- 5. Erkundung von Lithium-Ionen- Alternativen: Lithium-Eisen- Phosphat (LFP) Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien bieten LFP eine längere Lebensdauer, sind wartungsfrei un habeneine höhere thermische und chemische Stabilität. Derzeit hat China ein Monopol auf LFP. Chinesische Batteriehersteller müssen für die Bereitstellung von LFP-Batterien, die nur auf dem chinesischen Markt verwendet werden, keine Lizenzgebühren entrichten. Da die chinesischen LFP-Patente im Jahr 2022 auslaufen, könnten nicht-chinesische Batteriehersteller ihre Produktion auf eisenbasierte Formeln umstellen. Grosse Automobilhersteller versuchen, die Versorgung mit LFP-Batterien zu kontrollieren Tesla plant, LFP-Batterien zu entwickeln, während die Batterien des Unternehmens einen höheren Anteil an Eisen haben werden - welches nicht knapp ist. Ford wird seine grösseren Pickups und andere Fahrzeuge mit LFP-Batterien betreiben. Dies wird dazu beitragen, die Batteriekosten bis Mitte des Jahrzehnts um 40% zu senken – wobei mit weiteren Kostensenkungenzurechnenist. Volkswagen hat angekündigt, die LFP-Technologie in seinen Einstiegsmodellen einzusetzen. Dies ist die erste Ankündigung eines LFP-Einsatzes auf dem schnell wachsenden europäischen EV-Markt. BATTERY TECHNOLOGY & ALTERNATIVE INNOVATIONS |
- 6. Erkundung von Lithium-Ionen- Alternativen: Lithium-Schwefel- Batterie (LSB) LSB sind aufgrund ihrerhohen Energiedichte, niedrigen Kosten, Materialverfügbarkeit und verbesserten Sicherheit eine der Batterien der nächsten Generation. Da Schwefel im Überfluss vorhanden und ungiftig ist, sind LSBs eine kostengünstige und nachhaltige Alternative. Die Monash Universität hat eine neuartige Kathode entwickelt und eine LSB hergestellt, die mehrere hundert Mal wieder aufgeladen werden kann und eine viermal höhere Energiekapazität gegenüber Lithium-Ionen hat. Das Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology hat eine neuartige Kathode auf Siliziumdioxidbasis für LSBs entwickelt, mit der die Batterien mehr als 2.000 Lade-/Entladezyklen überstehen. NexTech Batteries hat sich mit Mullen Technologies zusammengetan, um innerhalb von 5 Jahren mehr als 100.000 Fahrzeuge mit ihren Lithium- Schwefel-Batterien im Beutelformat zu produzieren, die 60 % leichter sind als die heutigen Elektrofahrzeuge. Oxis Energy, ein Unternehmen für wiederaufladbare Lithium-Schwefel- Batterien, wird mit der Auslieferung seiner quasi solid-state LSBs an Kunden für Testanwendungen, Konzeptnachweise und Demosysteme beginnen. Forscher und Unternehmen versuchen, die Technologie zu vermarkten: BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
- 7. Erkundung von Lithium-Ionen Alternativen: Natrium-Ionen- Batterie (SIB) SIBs und Lithium-Ionen-Batterien (LIBs) wurden beide in den 1980er Jahren entwickelt. Im Vergleich zu LIBs haben SIBs eine geringere Batterieleistung, was zu einer langsamen Entwicklung führte. In den letzten Jahren ist das Interesse aufgrund der niedrigeren Kosten, der Verfügbarkeit der Materialien, und der potenziellen Sicherheitsvorteile gestiegen. Natron Energy kündigte sein erstes UL-gelistetes SIB für industrielle Anwendungen an, von USV-Systemen für Rechenzentren, bis hin zum Schnellladen von Elektrofahrzeugen. Faradion kündigte eine technische Zusammenarbeit mit Philips 66 an, um kostengünstigere und leistungsstärkere Anodenmaterialien für Natrium-Ionen- Batterien zu entwickeln. Tiamat Energy in Frankreich wurde 2017 als Spin-off des französischen Forschungslabors CNRS gegründet und sammelte am 21. März 5 Millionen Euro ein, um mit der Produktion von Natriumbatteriezellen zu beginnen. Das schwedische Unternehmen Altris kündigte nachhaltige Natrium-Ionen- Batteriezellen an, die erneuerbare Materialien (Meerwasser und Holz) verwenden. HiNA Battery Technology Co. Ltd. mit Hauptsitz in Zhongguancun, Liyang, verfügt über mehrere Kernpatente für SIBs. Im August 2021 brachte das Unternehmen das weltweit erste 1-MWh-SIB-Speichersystem auf den Markt. Der Tesla-Batteriehersteller CATL hat die erste Generation von SIBs auf den Markt gebracht. Das Unternehmen beginnt mit dem industriellen Einsatz und sollte bis 2023 eine Grössenordnung erreichen. BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
- 8. Und es entstehen weitere Innovationen... Nickel-Metallhydrid- Batterien sind schwerer und größer als Lithium-Ionen- Akkus, aber billiger. Redox-Flow-Batterien nutzen reversible Oxidation und Reduktion zur Energiespeicherung. Graphen- Superkondensatoren können sich innerhalb von Sekunden auf- und entladen. Bioelektrochemische Batterien speichern Energie durch die Nutzung von Mikroorganismen. Der auf Wasser basierende Elektrolyt der Zink-Ionen- Batterien verhindert, dass sie Feuer fangen. Metall-Luft-Batterien haben eine Metallanode und eine Luftkathode, was zu einer deutlichen Gewichtsreduzierung führt. Die Sand-Batterie verwendet Silizium anstelle von Lithium, um eine dreimal längere Lebensdauer der Batterie zu erreichen. Blei-Säure-Batterien sind billig und leistungsstark, aber in der Regel sehr schwer. Ultrakondensatoren bieten eine hohe Leistungsdichte, sofortiges Aufladen und eine lange Lebensdauer. BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN | Quelle: Green Car Reports, Nano Lett, Green Authority, RS Components, Johnson Matthey Technology Review, Skeleton Technologies, Phys.org, Codibly
- 9. Energiedichte Schnelles Laden Sicherheit Energiedichte Schnelles Laden Sicherheit Li-Ionen-Batterie Anode Kathode Flüssiger Elektrolyt Festkörper-Batterie Festkörper- Batterien - die Technologie der nächsten Generation? Im Vergleich zu LIBs wird bei Festkörperbatterien ein fester (und nicht flüssiger) Elektrolyt verwendet. Der Festelektrolyt bietet eine höhere Energiedichte, kürzere Ladezeiten und mehr Sicherheit, wodurch die Probleme von Li-Ionen- Batterien gemildert werden. Quelle: Charged Anode Kathode Fester Elektrolyt BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
- 10. Entwickler von Festkörperbatterien werden bis 2030 auf den Markt kommen 2022 Quelle: Yole Development 2025 2025 2026 2027 2030+ 2030+ BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN |
- 11. Das slowakische Unternehmen InoBat nutzt eine KI-Forschungsplattform, um in kürzester Zeit Prototypen neuer Batteriechemien für massgeschneiderte Zellen für Elektrofahrzeuge zu entwickeln und damit angeblich Reichweitensteigerungen von fast 20 % zu erzielen. BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN | Die Plattformen von Voltaiq (US, Serie A) und Aionics ermöglichen es Unternehmen, ihre Daten zu nutzen, um die nächste Generation batteriebetriebener Produkte effektiver zu entwerfen, zu entwickeln, herzustellen, und zu betreiben. Das Batteriemanagementsystem von Brill Power (UK, Startphase) verbessert Batterien mit einer neuartigen, intelligenten Steuerungstechnologie, die an der Universität Oxford entwickelt wurde. ION Energy Inc (Mumbai, early-stage VC) nutzt intelligente Batterieanalysen, um die Lebensdauer und Leistung von LIBs deutlich zu verbessern. TWAICE (Deutschland, Serie B) bietet prädiktive Analysesoftware, die die Entwicklung und den Betrieb von Lithium-Ionen-Batterien optimiert. Die Batterieinnovatio n wird nicht schnell genug vorangetrieben Forschungseinrichtungen und Unternehmen arbeiten gemeinsam daran, Daten und KI zu nutzen, um die Forschung und Entwicklung im Bereich Batterien zu beschleunigen und die Datenverwaltung zu verbessern.
- 12. Batterie - und Automobilhersteller senken die Batteriekosten durch einen ganzheitlichen Ansatz bei der Batterieentwicklung Quelle: McKinsey, Green Car Reports, Driven, BYD, Electrive, Tesla 01 Bei der herkömmlichen Batteriekonstruktion werden Zellen zu einem Modul zusammengesetzt und diese Module zu einem Pack zusammengefügt. Bei dieser Konstruktion werden viele Teile verwendet und das Volumen ist ineffizient. Konventionell 02 Cell-to-Pack vereinfacht die Modulstruktur, indem die Batteriezellen direkt in ein Pack integriert werden, ohne die in den meisten aktuellen Packdesigns verwendeten Module. Cell-to-Pack 03 Die Cell-to-Chassis-Technologie ist der nächste Schritt, bei dem die Batteriezellen direkt in das Fahrzeugchassis integriert werden, ohne dass Batteriepacks erforderlich sind. Cell-to-chassis BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN
- 13. Die Batterieproduktion wird von Akteuren aus China, Japan und Korea dominiert. Regionale Start-ups im Bereich Batteriezellen und Elektrofahrzeuge können durch vertikale Integration die Risiken in der Lieferkette verringern und spezifische Bedürfnisse der nachgelagerten Branchen erfüllen. Automobilhersteller gehen Partnerschaften mit Batterieunternehmen ein, um die Lieferkette zu sichern Quelle: Ipower Electronics Resultat Computech Systems mit Sitz in Delhi stellt eine breite Palette von Produkten wie USV-Systeme, Batterien und Laptop-Ladegeräte her. Hintergrund Die Abteilung für die Herstellung und das Management von Batteriezellen von Computech Systems wurde aus der Muttergesellschaft ausgegliedert und in Ipower Electronics umbenannt, um sich auf die spezifischen Produkte und Dienstleistungen zu konzentrieren, die von der Kundschaft benötigt werden. Lösung Ipower importiert nicht nur Batteriezellen aus Japan, Südkorea und China, sondern entwickelt und produziert auch alles selbst. Das Unternehmen beliefert 15 der 20 größten Zweiradhersteller des Landes, darunter Gemopai, Benling India, Okinawa Autotech und Ampere Electric. 01 02 Ein Beispiel wäre Ipower Electronics: 03 BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN
- 14. 03 01 02 Anode Kathode Fester Elektrolyt SICHERUNG DER LIEFERKETTE Start-ups im Bereich Batteriezellen und Elektrofahrzeuge versuchen, die vertikale Integration zu beschleunigen, um Lieferketten weiter abzusichern und spezifische nachgelagerte Bedürfnisse zu befriedigen. Mit der zunehmenden Verbreitung von Elektrofahrzeugen ist die Kommerzialisierung der Batterietechnologie unabdingbar. LIBS UND IHRE ALTERNATIVEN Chemische Beschränkungen und Herausforderungen bei der Herstellung haben die Hersteller dazu veranlasst, alternative Zusammensetzungen und Technologien zu erforschen. Zusammengefasst... FESTKÖRPERBATTERIEN - DIE NEUE FRONT? Festkörperbatterien bieten eine höhere Energiedichte, kürzere Ladezeiten, und mehr Sicherheit und sind damit ein attraktiver Kandidat für die nächste Generation von Batterietechnologien. Festkörper -Batterie BATTERIETECHNOLOGIE & ALTERNATIVE INNOVATIONEN
- 15. In Teil III unserer fünfteiligen Serie stellen wir Ihnen den Recycling Sektor für Elektroauto-Batterien und Second-Life-Anwendungen vor, mit denen sich Abfälle aus ausgedienten Batterien besser entsorgen lassen. Erfahren Sie, wie Batterien nachhaltig entsorgt und mit Technologien der nächsten Generation der Leistungselektronik besser verwaltet werden können. A L S N Ä C H S T E S . . . Haben Sie eine Frage? Schreiben Sie uns eine E-Mail an [email protected] Folgen Sie uns auf Social Media Bleiben Sie auf dem Laufenden und abonnieren Sie unseren Newsletter https://bit.ly/3GGxEDC Was geschieht mit ausrangierten Batterien? Batterie-Recycling & Leistungselektronik