Die Kosten bleiben eine der größten Hürden für die Einführung von Elektrofahrzeugen. Die meisten heutigen Elektrofahrzeuge werden zu höheren Preisen verkauft als mit fossilen Brennstoffen betriebene Fahrzeuge, und das hält viele Menschen davon ab, eines zu kaufen.
Das könnte sich bald ändern. Kern-Schaleein Startup für Batteriematerialien, hat diese Woche einen Durchbruch bekannt gegeben, der die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien senken könnte.
Es wäre nicht die Art von Fortschritt, die Elektrofahrzeuge mit einer Reichweite von 500 Meilen freischaltet, aber nicht viele Menschen brauchen eine solche Fähigkeit. Wenn sich der Ansatz von Coreshell bewährt, könnte er den Weg zu günstigeren Batterien ebnen, die nicht von China abhängig sind.
Prognosen für günstigere Elektrofahrzeuge gehen von einem stetigen Strom technologischer Verbesserungen, einschließlich besserer Batteriematerialien, aus. Silizium hat das Potenzial, Graphit in der Anode, dem Minuspol einer Lithium-Ionen-Batterie, zu ersetzen. Sowohl Silizium als auch Graphit nehmen Lithiumionen auf und speichern sie, wenn eine Batterie geladen wird. Während Silizium viel mehr aufnehmen kann, gibt es einen Nachteil.
Beim Laden neigen Anoden zum Aufquellen. Graphitanoden blähen sich lediglich ein wenig auf und sind außerdem ziemlich elastisch. Wenn sich Siliziumanoden jedoch aufladen, können sie wie Ballons auf ein Vielfaches ihrer ursprünglichen Größe anschwellen. Ohne Ausgleich kann die Anode nach aufeinanderfolgenden Lade- und Entladezyklen zerfallen.
Dennoch arbeiten mehrere Start-ups daran, die Probleme von Silizium zu lösen, da Silizium zur Verbesserung von Batterien beiträgt. Die meisten Ansätze beinhalten spezielle mikroskopische Strukturen, um der Expansionsneigung von Silizium Rechnung zu tragen. Um ihre proprietären Formulierungen herzustellen, verwenden diese Unternehmen eine raffiniertere und teurere Version des Metalls. Daher wurden Siliziumanoden bisher auf Märkte abgezielt, in denen der Preisaufschlag leichter verkraftet werden kann, darunter Unterhaltungselektronik und High-End-Elektrofahrzeuge.
Während sich Coreshell zuvor auf Beschichtungen konzentrierte, die den Abbau verschiedener Batteriematerialien verlangsamten, widmet sich das Unternehmen nun dem Silizium. „Vor zwei Jahren hatten wir einen Durchbruch bei metallurgischem Silizium“, sagte Mitbegründer und CEO Jonathan Tan gegenüber Tech. Die Beschichtung sei elastisch und trage dazu bei, das Material während der Lade- und Entladezyklen zusammenzuhalten, und sie verhindere außerdem eine Verschlechterung an der Oberfläche, fügte er hinzu. „Wir konzentrieren uns darauf, es auf den Markt zu bringen, und wir werden es ab dem nächsten Jahr kommerzialisieren.“
Silizium in metallurgischer Qualität ist nicht nur billiger als Optionen mit höherer Reinheit, es kostet auch etwa halb so viel wie Graphit, das normalerweise in Lithium-Ionen-Batterien verwendet wird, sagte Tan am Donnerstag in einer Präsentation beim International Battery Seminar. Coreshell hat diese Woche einen Vertrag mit dem Metallproduzenten Ferroglobe über die Lieferung des Materials unterzeichnet.
Es gibt auch geopolitische Konsequenzen. Demnach laufen drei Viertel der weltweiten Graphitanoden-Lieferkette über China Benchmark Mineral Intelligence. Das hat Batteriehersteller und Autohersteller in eine schwierige Lage gebracht. Um sich für Steuergutschriften für Elektrofahrzeuge zu qualifizieren, verlangt das Inflation Reduction Act, dass ein Mindestprozentsatz der Batteriematerialien aus inländischen Quellen oder aus Ländern stammt, mit denen die USA ein Freihandelsabkommen haben; Dieser Anteil soll bis 2028 auf 90 % steigen.
Da Silizium viel mehr Energie speichern kann, benötigen Batterien gleicher Kapazität im Vergleich zu Graphit weniger Material. Vor diesem Hintergrund schätzt Coreshell, dass die Vereinigten Staaten über genügend metallurgisches Silizium verfügen sollten, um die Nachfrage zu decken. Und weil metallurgisches Silizium auch weniger kostet als Graphit, hat es das Potenzial, chinesischen Graphit vollständig zu ersetzen.
Das erste Produkt von Coreshell wird eine Siliziumanode gepaart mit einer Lithium-Eisenphosphat-Kathode (LFP) sein. LFP-Kathoden sind billiger und sicherer als andere in Elektrofahrzeugen verwendete Chemikalien, wie etwa Nickel-Mangan-Kobalt (NMC), und die Inhaltsstoffe sind außerhalb Chinas weiter verbreitet. Aus diesem Grund haben die Automobilhersteller LFP noch einmal unter die Lupe genommen, sich jedoch von einem breiten Einsatz zurückgehalten, da es weniger Energie speichert als NMC.
In Kombination mit einer Siliziumanode sollte die Ungleichheit jedoch verschwinden. Coreshell prognostiziert, dass seine Siliziumanoden LFP sogar einen Vorteil gegenüber herkömmlichen NMC-Zellen mit Graphitanoden verschaffen könnten.
Erstens muss Coreshell seine Technologie skalieren und kommerzialisieren, was keine unbedeutende Aufgabe ist. Sein erster Markt wird E-Mobilität sein, einschließlich E-Bikes, Elektroroller und elektrische Dünenbuggys. (Das Unternehmen hat einen Deal mit der Reinkarnation von Meyers Manx, die den legendären Dünenbuggy aus den 1960er-Jahren mit demselben Namen herstellte.) Derzeit stellt das Unternehmen sein eigenes Material her, hat aber nichts dagegen, enger mit Lieferanten zusammenzuarbeiten, möglicherweise Lizenzen zu vergeben seine Technologie.
In der Zwischenzeit wird Coreshell die strengen Qualifizierungsstufen durchlaufen, die erforderlich sind, um ein Automobilzulieferer zu werden. Tan sagte, sein Unternehmen plane, im Jahr 2025 A-Muster an Partner zu liefern und hoffe, bis zum Ende des Jahrzehnts in einem Elektrofahrzeug zu sein. Bis 2025 rechnen die Konkurrenten Sila und Group14 mit der kommerziellen Produktion. Zugegeben, ihre Silizium-Anodenmaterialien werden mehr kosten, aber sie werden durch Größenvorteile und Erfahrung dazu beitragen können, die Kosten zu senken.
Für Autohersteller ist die Aussicht auf eine große Auswahl verlockend. Nicht alle Batteriefortschritte bestehen die Validierung, und wenn Lithium-Ionen-Akkus ihren Siegeszug auf der Kostenkurve fortsetzen sollen, ist mehr als ein Ansatz erforderlich, um die inkrementellen Fortschritte zu erzielen, auf die die Automobilindustrie hofft.