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Führende Führungskräfte im Bereich Batteriematerialien, die Durchbrüche bei der Entwicklung von „Festkörper“-Batterien der nächsten Generation erleben, geben ihre Prognosen für die Einführung der Technologie bekannt, die zuvor als zu teuer und schwierig in der Herstellung abgetan wurde.
Die sogenannte Festkörperbatterietechnologie gilt als die vielversprechendste Entwicklung, um die Probleme der derzeit verwendeten Lithium-Ionen-Batterien zu lösen, wie z. B. die Reichweite, die sie mit einer einzigen Ladung bieten, und die Gefahr, Feuer zu fangen.
Obwohl die Entwicklungspläne immer wieder verschoben wurden, geht Mathias Miedreich, Vorstandsvorsitzender von Umicore, einem der weltweit größten Hersteller von Batteriematerialien, nun davon aus, dass Festkörperbatterien bis 2030 mehr als 10 Prozent des Weltmarktes einnehmen werden.
Die kommerzielle Entwicklung japanischer Automobilhersteller wie Toyota und des chinesischen Batterieherstellers CATL „hat sich in den letzten sechs bis neun Monaten wirklich beschleunigt“, sagte Miedreich. „Die erste Phase der Industrialisierung wird irgendwo in den Jahren 2025–27 beginnen. . . Wir gehen davon aus, dass wir bereits im Jahr 2030 einen Marktanteil von mehr als 10 Prozent bei der Mischung der Batteriechemien in Festkörperbatterien erreichen werden.“
Glen Merfeld, Chief Technology Officer bei Albemarle, dem führenden Lithiumunternehmen, sagte, er erwarte, dass Automobilhersteller in den nächsten Jahren Fahrzeuge mit Festkörperbatterien auf den Markt bringen würden. „Was wir sehen, sind sehr starke Bewegungen bei der Markteinführung der frühen Generation mit vollständig integrierten Festkörperbatterien in der Mitte des Jahrzehnts.
Die gängige Meinung in der Automobil- und Batterieindustrie ist, dass sich die Festkörperbatterietechnologie voraussichtlich erst in den 2030er Jahren durchsetzen wird. Allerdings: „Bis zum Ende des Jahres [current] „Wenn das Jahrzehnt naht, werden wir deutliche Zugkraft erleben“, prognostizierte Merfeld.
Elektrofahrzeuge nutzen derzeit Batterien mit flüssigem Lithium-Ionen-Elektrolyt. Der Elektrolyt ermöglicht den Stromfluss durch die Batterie zwischen den beiden Elektroden – der Anode und der Kathode – und erzeugt so Energie. Die Festkörperbatterietechnologie, die einen festen Elektrolyten verwendet, hat das Potenzial, die begrenzte Reichweite eines Elektrofahrzeugs im Vergleich zu herkömmlichen Autos, die Ladezeiten und die durch Überhitzung verursachten Sicherheitsbedenken auszuräumen.
Die Kommentare der Hersteller von Batteriematerialien, die Einblick in die technologische Entwicklung verschiedener Unternehmen haben, folgen Toyotas Behauptung vom letzten Monat, es habe einen Durchbruch in der Festkörperbatterietechnologie geschafft, der die Größe, Kosten und das Gewicht der Einheiten, die sie antreiben, halbieren würde elektrische Autos. Der japanische Automobilhersteller plant, seine Festkörpertechnologie bis 2027 für Elektrofahrzeuge zu kommerzialisieren.
Umicore produziert Materialien für Kathoden, den teuersten Teil der Batterie, und ist ein wichtiger Lieferant und Partner für europäische Automobilhersteller wie Volkswagen, Peugeot-Eigentümer Stellantis und Mercedes-Benz.
Seit Juni letzten Jahres arbeitet der belgische Konzern mit dem japanischen Unternehmen Idemitsu Kosan an der Entwicklung von Katholytmaterialien für Festkörperbatterien, die Kathodenmaterialien mit Festelektrolyten kombinieren.
Skeptiker der Technologie argumentieren, dass die enormen Investitionen in Batterien der aktuellen Generation den Übergang zu neueren Technologien erschweren werden, da dies bedeuten würde, dass Dutzende Milliarden Dollar, die in Fabriken, Ausrüstung und Lieferketten investiert wurden, aufgegeben werden müssten.
Aber Miedreich sagte, Festkörperbatterien könnten die Infrastruktur nutzen, die in Fabriken für Lithium-Ionen-Batterien und Chemiefabriken eingebaut wird, was bedeutet, dass das Risiko von verlorenen Vermögenswerten gering sei.
Noch wichtiger ist, dass es „batterieelektrische Fahrzeuge aus architektonischer Sicht viel einfacher machen wird“, da sie nicht das gleiche Maß an Batterie- und Wärmemanagementsystemen benötigen würden, was zu einer Kostensenkung beiträgt.
Zu den weiteren Herausforderungen bei der Herstellung von Festkörperbatterien gehören die extreme Empfindlichkeit der Batterien gegenüber Feuchtigkeit und Sauerstoff sowie der mechanische Druck, der erforderlich ist, um sie zusammenzuhalten, um die Bildung von Dendriten, Metallfäden, die Kurzschlüsse verursachen können, zu verhindern.
„Das steht für die nächsten zehn Jahre nicht auf meiner Roadmap“, sagte Clare Grey, Professorin für Batterien an der Universität Cambridge und Mitbegründerin von Nyobolt, einem britischen Start-up für Batterietechnologie.
Dennoch stellte Shirley Meng, leitende Wissenschaftlerin am Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science, einem Labor der US-Regierung, fest, dass japanische Forscher nach Jahrzehnten der offenen Diskussion ihres technologischen Fortschritts nun auf Konferenzen schweigen und auf bedeutende Entwicklungen hinweisen, die sie nicht preisgeben wollen.
„Einer der Gründe ist, dass sie wirklich versuchen, das Produkt zu industrialisieren“, sagte sie. „Ich glaube, dass später in diesem Jahrzehnt so etwas wie 1991 erneut passieren wird, als Sony erstmals Lithium-Ionen-Zellen auf den Markt brachte.“