Fortschritte in der Batterietechnologie sind entscheidend für das anhaltende Wachstum auf dem Energiespeichermarkt, und Analysten der Energiewirtschaft sagen, dass diese Fortschritte auch erforderlich sind, um die Elektromobilität voranzutreiben und den Klimawandel zu bekämpfen. Der Transportsektor macht laut der US-Umweltschutzbehörde den größten Anteil der US-Treibhausgasemissionen aus, knapp vor der Stromerzeugung., Lithium-Ionen-Batterien waren das Produkt der Wahl für Elektrofahrzeughersteller, und mehrere Gruppen arbeiten an der Verbesserung der aktuellen Batterietechnologie sowie an der Entwicklung neuer Quellen für kostengünstige Schnellladebatterien. Dazu gehört das Vehicle Technologies Office (VTO), Teil des US Department of Energy (DOE) im Büro für Energieeffizienz & Erneuerbare Energien. Das VTO koordiniert die Aktivitäten mit dem US Advanced Battery Consortium (USABC); Das USABC gab im Juli die Vergabe eines $2 bekannt.,4 Millionen Vertrag an Worcester Polytechnic Institute in Worcester, Massachusetts, um ein Programm zur Entwicklung kostengünstiger Schnellladebatterien für EV-Anwendungen zu leiten.
“ Der Lithiummarkt steckt in den Kinderschuhen. Es wird nach oben explodieren“, sagte Andrew Bowering, Gründer, Direktor und Finanzvorstand von American Lithium, gegenüber POWER. „Hören Sie sich Elon Musk heute an, wie er über die Menge an Energiespeicherung und-erzeugung spricht, die zur Elektrifizierung der globalen Transportflotte erforderlich ist. Das Netz und die stationäre Stromversorgung sind ein weiteres massives Unternehmen., Lithium wird der Hauptbestandteil der elektrischen globalen Flotte sein. Das liegt daran, dass es leicht, klein ist und sein äußeres Elektron leicht abgibt. Nichts ersetzt Lithium in unserem Leben, wo Mobilität erforderlich ist.“
1. Tesla sucht Verbesserungen in der Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge (EVs), um die Kosten für die Unterschrift EVs des Unternehmens zu reduzieren. Mit freundlicher Genehmigung: Tesla
Musk hat Geld in die Batterietechnologie gesteckt (Abbildung 1), um die Kosten für die Elektrofahrzeuge seines Unternehmens zu senken., Musk, spricht bei Teslas „Battery Day“am Sept. 22, sagte eine neue Generation von EV-Batterien wird leistungsfähiger sein, wird länger dauern, und halb so teuer wie die aktuellen Zellen des Unternehmens. Musk sagte, dass die neuen und größeren zylindrischen Zellen seines Unternehmens fünfmal mehr Energie, sechsmal mehr Leistung und 16% mehr Reichweite liefern werden—obwohl er sagte, dass die volle Produktion etwa drei Jahre entfernt ist.
“ Wir haben kein erschwingliches Auto. Das werden wir in Zukunft haben. Aber wir müssen die Kosten für Batterien senken“, sagte Musk., Forscher der EV-Industrie haben gesagt, dass die Preisparität oder der Punkt, an dem Elektrofahrzeuge dem Wert von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor entsprechen, erreicht wird, wenn Batteriepakete 100 USD/kWh kosten. Das EV-Beratungsunternehmen Cairn Energy Research Advisors sagte, dass Teslas Akkus letztes Jahr 156 USD/kWh kosteten.
„Neue Batteriekonfigurationen von Tesla und anderen werden in den kommenden Jahren alle auf Lithium-Ionen basieren“, sagte Bowering. „Fortschritte bei Batteriekonfigurationen wirken sich auf Kapazität, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und letztendlich auf die Kosten aus., Diese Verbesserungen werden Investitionen in Elektrofahrzeuge und Elektrifizierung weiter vorantreiben.“
Zu diesem Zweck sagte Musk am Battery Day, dass Tesla Batteriezellen in seinem Werk in Brandenburg, Deutschland, herstellen würde, was Musk Teslas Berliner Anlage nennt, obwohl das Werk 30 Meilen von Berlin entfernt ist. „Ja, wir werden Zellen in Berlin herstellen. Ja“, sagte Musk am Batterietag., Analysten stellten jedoch fest, dass Teslas aktueller Genehmigungsantrag für den Betrieb der Anlage keine Zellfertigung umfasst, und diese Analysten sagten auch, dass die deutsche Regierung diese Pläne wahrscheinlich überprüfen möchte.
Eine endgültige Entscheidung über Teslas überarbeitete Genehmigung für das Werk—in dem Tesla jährlich 500.000 Elektrofahrzeuge produzieren will-wird im Dezember erwartet., Musk sagte, dass Verbesserungen bei Batterien weitere technische Durchbrüche erfordern würden, obwohl er angeboten hat, dass eine Reduzierung der Kosten für Batterien (angetrieben durch Produktionsverbesserungen) seinem Unternehmen ermöglichen würde, einen $25,000 EV zu vermarkten, von dem er sagte, dass es wichtig ist, sein Ziel eines Jahresumsatzes von 20 Millionen Fahrzeugen zu erreichen. Der Preis liegt zwischen 10.000 und 15.000 US-Dollar unter dem aktuellen Durchschnittspreis des billigsten Tesla-Modells, dem Model 3. Der aktuelle Zeitplan für die Fertigung im Werk Brandenburg sieht vor, dass im Juli 2021 die ersten Fahrzeuge vom Band laufen. Tesla auf Sept., 24 sagte, es müsste ein neues Genehmigungsverfahren für die Batterieproduktion beginnen, und ab Anfang Oktober wurde kein Zeitplan für diesen Antrag veröffentlicht.
Musk diskutierte in seinen September-Kommentaren über einen Trockenbeschichtungsprozess. Dieses von Forschern des Fraunhofer-Instituts für Material-und Strahltechnik IWS entwickelte Verfahren beschichtet Elektroden mit einem Trockenfilm anstelle flüssiger Chemikalien. Das Verfahren spart Energie und eliminiert giftige Lösungsmittel., Maxwell Technologies, ein in San Diego, Kalifornien, ansässiges Unternehmen, das Tesla Anfang 2019 für 200 Millionen US-Dollar erworben hatte, arbeitet an einer Trockenelektrodentechnologie. Maxwell sagte letztes Jahr, dass seine Elektrode eine Energiedichte von mehr als 300 Wh/kg in aktuellen Demonstrationszellen ermöglicht, und das Unternehmen hat gesagt, dass es einen Weg zu mehr als 500 Wh/kg sieht. Diese Werte wären eine große Verbesserung gegenüber Teslas aktuellen Batteriezellen und ermöglichen eine längere Reichweite. Maxwell sagte letztes Jahr, dass seine Technologie zu einer Kostenreduzierung von 10% bis 20% gegenüber modernsten Nasselektroden führen und gleichzeitig die Batterielebensdauer verdoppeln würde., Tesla erwartet zusammen mit Partner Panasonic, mit der Technologie seiner Tochtergesellschaft Geld, Zeit und Fabrikfläche zu sparen.
Ein Teil der Kosteneinsparungen von Tesla würde durch die Produktion von Lithium an einem Standort in Nevada in der Nähe der sogenannten Gigafactory des Unternehmens erzielt. Musk teilte den Aktionären des Unternehmens am Batterietag mit, dass Tesla die Rechte an 10.000 Hektar in Nevada gesichert habe, wo es Lithium aus Tonvorkommen nach einem vom Unternehmen entwickelten Verfahren herstellen würde. Bei Erfolg wäre Tesla das erste Unternehmen der Welt, das Lithium kommerziell aus Ton herstellt.,
Lithium wurde bisher entweder aus Sole hergestellt, die hauptsächlich in Südamerika vorkommt, oder aus Spodumen-Hartgestein, das normalerweise in Australien vorkommt. Nevada hat mehrere Lithium-Clay-Projekte in der Entwicklung, darunter das Thacker Pass-Projekt von Lithium Americas Corp. (LAC), das seit mehr als einem Jahrzehnt die Genehmigung durch den Bund beantragt. LAC entwickelt auch das Cauchari-Olaroz-Projekt in Jujuy, Argentinien. Ein weiteres Projekt in Nevada wird von ioneer Ltd. betreut. LAC hat gesagt, dass es Lithium aus Ton durch einen Prozess extrahieren kann, der Säureauswaschung beinhaltet., Tesla sagte, sein Prozess werde keine Säure beinhalten.
„Tesla hat die Lithium-Tonsteine gebilligt“, sagte Bowering. „Tesla-Ingenieure haben sich seit Jahren auf der ganzen Welt mit Lithiumquellen befasst. Sie machen jetzt eine Wette auf Nevada… hat mehrere sedimentäre Lithium-Lagerstätten, die die Zukunft des Lithium-Bergbaus und in einer bergbaufreundlichen Umgebung sind. Nevada liegt auf einer großen Caldera von Supervulkanen, die die Sedimente mit abbaubaren Lithiumkonzentrationen bevölkerten, wie nirgendwo sonst im Land.,“
Tesla sagte, sein Plan in Nevada beinhalte das Mischen von Ton mit Speisesalz und das anschließende Hinzufügen von Wasser. Das Unternehmen sagte, der Prozess verursacht eine Reaktion, bei der das Salz mit Lithium auslaugt und das Lithium dann extrahiert wird. Der übrig gebliebene Ton würde wieder in den Boden gelegt, um Umweltschäden zu mildern, ähnlich wie die derzeitige Bergbaupraxis, Gestein nach der Gewinnung von Mineralien wieder auf die Erde zu bringen.,
„Es ist eine sehr nachhaltige Art, Lithium zu erhalten“, sagte Musk, der nicht sagte, wo in Nevada das Unternehmen die Lithiumrechte erhalten hatte oder ob die Entwicklung begonnen hat. Bowering sagte, dass die weiterhin angespannten Beziehungen zwischen den USA und China, die das globale Angebot an Lithium-und Batterieherstellung dominieren, bedeuten, dass die USA ihre eigenen Lithiumreserven entwickeln und ihre Batterieproduktion steigern müssen, um die Nachfrage zu befriedigen.
„Chinesisch-amerikanischen Beziehungen sind, um weitere Investitionen und Entwicklung in der US -, lithiumproduktion, Kathodenherstellung und Batterieproduktion“, sagte Bowering. „Die USA produzieren derzeit 2% ihres benötigten Lithiums. Wenn die Nachfrage steigt, ist eine inländische Quelle erforderlich.“Bowering sagte:“ Die USA müssen über eine inländische Produktion von Li-Ionen-Batterien verfügen, sonst wird sie von dieser neuen Energiequelle genauso abhängig wie einst von ausländischem Öl.“
—Darrell Proctor ist associate editor für POWER (@POWERmagazine).