Ford begann mit der Produktion gestern auf seinem F-150 Lightning Pickup Truck, einem Do-or-Die-Fahrzeug, das das meistverkaufte Fahrzeug des Autoherstellers – und der Vereinigten Staaten – nimmt und seine spritfressenden Motoren gegen leistungsstarke Elektromotoren mit mehr als 1.800 Pfund austauscht Batterien.
Das Paket in Matratzengröße kann über 300 Meilen Reichweite liefern, aber wenn Ford Wochenendkrieger gewinnen will, die 28-Fuß-Motorboote schleppen, wird es bessere Batterien brauchen.
Während die heutigen Batterien mehr Energie speichern können als je zuvor – ihre Energiedichte hat sich in den letzten Jahren um 5 % pro Jahr verbessert – werden diese stetigen, schrittweisen Steigerungen wahrscheinlich nicht ausreichen, um Elektrofahrzeuge für viele Verbraucher zu einem Kinderspiel zu machen. Die Zellen von heute sind in jeder Hinsicht besser als die von vor fünf Jahren, aber sie lassen noch zu wünschen übrig. Was benötigt wird, sind einige Durchbrüche.
EVs machen einen relativ kleinen Teil des Gesamtmarktes für Autos und Lastwagen aus, aber sie machen fast 80 % der Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien aus und übertreffen Geräte wie Laptops und Telefone bei weitem. Und die Nachfrage wird nur steigen. Bis 2030 wird die Welt voraussichtlich 5.500 GWh an Batterien benötigen, gemäß zu Wood Mackenzie, eine 5-fache Steigerung gegenüber heute, dank des sich ändernden Verbrauchergeschmacks und des drohenden Ausstiegs aus Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen.
In den nächsten fünf Jahren steht die Batteriewelt vor einem bedeutenden Wandel. Ich habe eine lange Liste von Startups durchforstet, um die neun interessantesten zu finden, die Technologien entwickeln, die Batterien leichter machen, schneller laden und länger halten lassen. In den letzten anderthalb Jahren haben sie zusammen 4,1 Milliarden US-Dollar aufgebracht – einiges davon durch zweckgebundene Akquisitionsgesellschaften, aber die überwiegende Mehrheit aus Venture- und Unternehmensrunden in der Spätphase.
Fester Zustand
Die Batterietechnologie, die in letzter Zeit die meiste Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, ist Solid-State, und das aus gutem Grund. Autohersteller schwärmen von der Idee von Elektrofahrzeugen mit einer Reichweite von über 400 Meilen, die in 15 Minuten aufgeladen werden können, wozu Festkörperbatterien das Potenzial haben.
Festkörperbatterien verdienen ihren Namen, indem sie die flüssigen Elektrolyte, die Ionen von einer Seite der Batterie zur anderen transportieren, durch feste Versionen ersetzen. Festelektrolyte bieten einige Vorteile. Zum einen können sie das Wachstum von Dendriten verhindern, stalaktitenartigen Lithiumspitzen, die sich auf den Elektroden einer Batterie bilden können. Dendriten können relativ leicht in der Flüssigkeit wachsen, daher fügen Batteriehersteller einen ionendurchlässigen Separator hinzu, um zu verhindern, dass Dendriten die Lücke zwischen positiven und negativen Elektroden überbrücken.
Wenn der Separator beschädigt ist, wie es bei defekten Chevy Bolt-Akkus der Fall war, können Dendriten einen Kurzschluss verursachen, der einen Brand auslösen kann.
Das andere, was Festelektrolyte ermöglichen können, ist eine sogenannte Lithium-Metall-Batterie. In einer typischen Lithium-Ionen-Batterie werden Lithiumionen, wenn sie sich auf der Anodenseite befinden, in Graphit gespeichert. Graphitanoden sind preiswert und stabil, aber sie erhöhen das Gewicht einer Batterie. Ihre Eliminierung würde dazu beitragen, dass leichtere Batterien mehr Energie speichern, aber Lithium-Metall-Anoden neigen dazu, Dendriten zu bilden. Um zu verhindern, dass Dendriten lange genug wachsen, um die Batterie kurzzuschließen, arbeiten Forscher an Festelektrolyten, die nicht nur die Stalaktiten blockieren, sondern auch keine Probleme mit dem hochreaktiven Lithium der Anode verursachen.
Drei Unternehmen sind besonders vielversprechend im Festkörperbereich. Einer davon ist Factorial, der 253 Millionen US-Dollar aufgebracht hat, darunter eine Serie D im Wert von 200 Millionen US-Dollar, die im Januar abgeschlossen wurde und von Mercedes-Benz und Stellantis geleitet wurde, dem Autohersteller, der aus der Fusion der italienisch-amerikanischen Fiat Chrysler Automobiles und der französischen PSA-Gruppe hervorgegangen ist. Factorial mit Sitz im Bostoner Vorort Woburn, Massachusetts, war bis April letzten Jahres im Stealth-Modus tätig.