US-Unternehmen stehen vor erheblichen Herausforderungen, um bei der Dominanz Asiens auf dem Markt für Elektrofahrzeug-Batterien aufzuholen, doch die Festkörperbatterie-Technologie (Solid-State Batteries) könnte eine neue strategische Chance zur Wiederherstellung der Wettbewerbsfähigkeit darstellen. Dies bestätigte John Van Scoytok, CEO des in Colorado ansässigen Startups Solid Power, das zusammen mit anderen US-Unternehmen wie QuantumScape und Factorial gegen die Zeit arbeitet, um mit der globalen Entwicklung Schritt zu halten.
Festkörperbatterien bieten im Vergleich zu aktuellen Lithium-Ionen-Batterien vielversprechende Eigenschaften; Forscher erwarten, dass sie zur Erhöhung der Reichweite von Elektrofahrzeugen, zur Beschleunigung der Ladezeiten und zur Beseitigung von Brandrisiken beitragen werden. Dennoch sah sich diese Technologie enormen Komplexitäten bei der großflächigen kommerziellen Fertigung ohne Mängel gegenüber, was sie über viele Jahre hinweg in der ständigen Entwicklung hielt.
Strategie mit Fokus auf Sulfid-Elektrolyten
Im Gegensatz zu einigen Wettbewerbern, die versuchen, die gesamte Zelle herzustellen, spezialisiert sich Solid Power auf die Entwicklung eines entscheidenden Elements: des Elektrolytmaterials, das die Bewegung von Lithium-Ionen zwischen den Polen erleichtert. Während herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien auf brennbare flüssige Chemikalien setzen, basieren Festkörperbatterien auf drei Haupttypen, darunter Polymere, Oxide und Sulfide.
Das US-Unternehmen setzt auf die dritte Option, da sein CEO einen flexiblen Sulfid-Elektrolyten entwickelt hat, den bestehende Batteriehersteller in ihre üblichen Produktionsprozesse integrieren können, ohne komplett neue Fabriken bauen oder teure Umrüstungen vornehmen zu müssen, da die Standard-Walzgeräte für Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden können.
Mobius-Produktionslinie und Zusammenarbeit mit Großunternehmen
Das Unternehmen hat kürzlich einen praktischen Schritt unternommen, indem es die Pilotproduktionslinie (Mobius) in seinem Werk in Thornton, Colorado, in Betrieb genommen hat, mit dem Ziel, Elektrolyt an große Automobilhersteller und Energiebatterieunternehmen zu fertigen und zu verkaufen. Das Unternehmen hat gemeinsame Entwicklungsvereinbarungen mit globalen Unternehmen wie Ford und BMW abgeschlossen, sowie eine Dreierpartnerschaft mit BMW und Samsung SDI zur Entwicklung und Kommerzialisierung der Technologie, wobei Samsung die Zellfertigung übernimmt und BMW die Entwicklung von Modulen und Packs leitet, während Solid Power das Elektrolytmaterial liefert.
Es wird erwartet, dass die Pilotproduktionslinie die jährliche Kapazität des Unternehmens um 45 metrische Tonnen erhöht, sodass die Gesamtkapazität bis zum Ende des Jahres 75 metrische Tonnen pro Jahr erreichen wird.
Was bedeutet diese Entwicklung in der Praxis?
Auf Leistungsniveau schätzt das Unternehmen, dass die Zugabe von Sulfid-Elektrolyten zu einer Silizium-Anode und einer Nickel-Mangan-Kobalt-Kathode (NMC) die Energiedichte der Zelle auf 390 Wh/kg erhöhen kann, mit der Fähigkeit, über 1.000 Ladezyklen zu erreichen, im Vergleich zu aktuellen Batterien, die üblicherweise zwischen 250 und 280 Wh/kg bieten. Bei Verwendung einer Lithium-Metall-Anode könnte die theoretische Dichte auf 440 Wh/kg steigen. Das Unternehmen betont jedoch, dass diese Zahlen theoretisch bleiben und endgültig von den Zellendesigns abhängen, die die Batteriehersteller selbst entwickeln.
In Bezug auf die technischen Herausforderungen arbeitet das Unternehmen weiterhin an der Entwicklung von Lösungen für das Problem der schrittweisen Bildung von lithiumhaltigen Nadelstrukturen (Dendriten), die Kurzschlüsse innerhalb der Zellen verursachen können. Neben dem Automobilsektor sieht das Unternehmen erste Anwendungen in den Bereichen Verteidigung, Drohnen und humanoide Roboter, aufgrund der kurzen Qualifizierungszyklen und der schnellen Einsatzplattformen.