Um den Energiebedarf zu decken, ist die Entwicklung neuer Batteriechemien von entscheidender Bedeutung

Es wird prognostiziert, dass sich die Batterieindustrie bis 2031 auf 135 Milliarden US-Dollar verdreifachen wird, doch ihr jüngstes Wachstum war bemerkenswert. Vor sechs Jahren gab es in Europa nur sehr wenig geplante Batteriekapazität. Angesichts der entscheidenden Rolle von Batterien bei der Bekämpfung des Klimawandels sind derzeit jedoch mindestens 45 verschiedene Batterieprojekte in Arbeit, da Wissenschaftler darauf abzielen, neuere, sauberere Batteriechemien zu entwickeln.

Die European Battery Alliance (EBA) unter der Leitung von EIT InnoEnergy hat dazu beigetragen, dies voranzutreiben. Die EBA bringt Interessenvertreter aus der gesamten Wertschöpfungskette der Batterieherstellung zusammen und arbeitet daran, Europas Batterieherausforderung aus allen Blickwinkeln zu meistern – von der Roadmap-Entwicklung und Finanzierung bis hin zu Bergbau und Kompetenzen.

Die Herausforderung liegt nicht so sehr in der Kapazität, sondern in der Chemie. Vor zwanzig Jahren haben Batteriechemiker die Vor- und Nachteile mehrerer wichtiger Batteriechemien abgewogen und sich schließlich für Lithium entschieden, was zu einer überlegenen Energiedichteleistung führte. Es ist eine Entscheidung, die der Welt bis vor Kurzem gute Dienste geleistet hat.

Ursprünglich für kleine Elektronikgeräte wie Kameras entwickelt, hätte niemand vorhersehen können, dass die Nachfrage durch Elektrofahrzeuge so stark ansteigen würde. Dieser Nachfrageschub stellt eine Herausforderung für die ethische Beschaffung ausreichender Mengen an Lithium, Kobalt und Nickel dar. Die IEA geht davon aus, dass die Welt bereits im Jahr 2025 mit einer möglichen Lithiumknappheit konfrontiert sein könnte.

Obwohl aktuelle Natriumtechnologien hinsichtlich der Energiedichte immer noch hinter Lithium zurückbleiben, ist Natrium ein reichlich vorhandenes Material und daher ideal für die stationäre Speicherung.

Daher haben Natrium-Ionen-Batterien das Potenzial, eine attraktive Alternative für Elektrofahrzeuge der Einstiegsklasse zu sein, die hinsichtlich der Ladezeiten gleichwertig sind, aber im Gegenzug zu einem niedrigeren Preis eine etwas kürzere Reichweite haben.

Eine „AB-Batterielösung“, die Lithium- und Natriumzellen in einem Batteriepaket kombiniert, könnte ebenfalls eine attraktive Option sein, um das Beste aus den beiden Technologien zu nutzen. Der Branchenriese CATL ist vom enormen Potenzial der Natriumbatteriechemie angezogen und hat bereits mit der Produktion in kleinem Maßstab begonnen, nachdem er in diesem Jahr mit Massenmengen gerechnet hat. Und viele kleinere Innovatoren folgen diesem Beispiel.

Dass die Lieferkette auf einen Nachfrageschub vorbereitet ist, zeigt beispielsweise das in Uppsala ansässige Unternehmen Altris, das ein Kathodenmaterial mit hoher Energiedichte namens Fennac entwickelt hat, das es aus Natrium, Eisen, Kohlenstoff und Stickstoff herstellt.

Die Technologie wurde so entwickelt, dass sie per Plug-and-Play in jede branchenübliche Li-Ionen-Produktionslinie integriert werden kann. Es ist so innovativ, dass es die Aufmerksamkeit des weltweit führenden Batterieentwicklers Northvolt erregt hat, der an der Finanzierungsrunde der Serie A von Altris teilgenommen hat. Die gesammelten 9,6 Millionen Euro werden für die Eröffnung einer Produktionsanlage im GWh-Maßstab im Laufe dieses Jahres verwendet.

Auch Silizium als Anodenmaterial ist auf dem Vormarsch. Siliziumlösungen sind einzigartig, weil sie große Mengen an Li-Ionen mit hoher Geschwindigkeit speichern können und so Ladegeschwindigkeiten von weniger als 15 Minuten bei einer Reichweite von über 500 Meilen ermöglichen.

Allerdings steht die Industrie vor mehreren Herausforderungen, wenn es darum geht, die Chemie von der Silizium-Graphit-Mischung mit weniger als 10 %, die wir heute haben, auf die potenziell 100 % Silizium-Chemie umzustellen, von der wir in Zukunft profitieren könnten.

Zu diesen Herausforderungen gehört die Schaffung einer stabilen Chemie, die die natürliche Neigung von Silizium, sich beim Laden und Entladen auszudehnen und zusammenzuziehen, ermöglicht und es zu einem kostenwettbewerbsfähigen Preis skalierbar macht. Die Branche verfolgt mehrere Strategien, von denen einige auf eine schrittweise Erhöhung des Siliziumgehalts abzielen, während andere auf die Einführung vollständiger Siliziumanoden bereits im Jahr 2027 drängen.

Die Entwicklung einer vollständigen Siliziumlösung ist eine Herausforderung, an deren Bewältigung der in New York ansässige Batterieinnovator GDI den größten Teil des letzten Jahrzehnts gearbeitet hat.

Inspiriert von Photovoltaikmodulen nutzt GDI die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung, um ein einzigartiges Anodendesign aus 100 % Silizium zu schaffen. In Labortests wurde nachgewiesen, dass die Chemie bei fortschrittlichen Li-Ionen-Batterien eine um 30 % höhere Energiedichte und ein sicheres und zuverlässiges Schnellladen von 10 auf 75 % in 15 Minuten über 500 Mal mit einem verbleibenden Ladezustand von 80 % ermöglicht Gesundheit.

Vor zwanzig Jahren beging die Industrie den Fehltritt, bestimmte Batteriechemien zu verfolgen, ohne darüber nachzudenken, was die Zukunft bringen könnte. Wir wissen es jetzt besser. Im Dezember 2022 kündigte das Europäische Parlament neue Gesetze zur Kreislaufwirtschaft an, die Anforderungen für den gesamten Lebenszyklus einer Batterie festlegen.

Die neue Gesetzgebung macht deutlich, dass wir uns mit unserem Problem befassen müssen. Dazu gehört die Reduzierung von Herstellungsabfällen, die Erleichterung des Verständnisses des verbleibenden Zustands einer Batterie für eine mögliche Wiederverwendung und die einfache Demontage zum Recycling.

Innovatoren wie Verkor bekämpfen den Ausschuss, indem sie Daten und industrielle Digitalisierung nutzen, um ein moderneres und effizienteres Gigafactory-Modell zu entwickeln, das der zukünftigen Nachfrage gerecht wird.

Die nächsten Jahre sind von entscheidender Bedeutung für die Entwicklung einer nachhaltigen, einheimischen Batterieversorgung für Europa, und die rasche Entwicklung neuer Chemikalien wird ein entscheidender Teil davon sein. Wir haben das Glück, viele innovative Batterieprojekte in Europa vorweisen zu können, aber es bleibt wichtig, dass die Branche Zugang zu ausreichend Kapital und Kooperationsmöglichkeiten hat, um den wachsenden Anforderungen gerecht zu werden.

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