Warum sind Lithium-Ionen-Batterien immer noch auf dem Markt?

Laut ausländischen Medienberichten sind lithiumbatterien seit ihrer Geburt in den 1970er Jahren erfolgreich in das Leben aller Menschen eingetreten. In einer Zeit des schnellen technologischen Fortschritts gibt es jedoch keine neue Energiespeichertechnologie, die ihren Status ersetzt und die Menschen zum Nachdenken anregt. Welche Schwierigkeiten hatten Forscher?

Anfang dieses Jahres sorgte Williams, Leiter des Advanced Research Program (ARPA-E) des Department of Energy für alternative Energie, über Nacht für Schlagzeilen. Und was ihm so viel Aufmerksamkeit schenkte, war nur ein Satz aus einem Interview mit dem Guardian: "Wir haben einen großen Durchbruch im Batteriebereich geschafft."

In der Batterietechnologie gab es keinen Durchbruch

Der Durchbruch ist zwar ein Durchbruch, aber es ist immer noch unbekannt, wann er verwendet werden kann. Zuvor hat ARPA-E mehr als 75 Forschungsprojekte zum Thema Energiespeicherung unterstützt. Sie haben einige zufriedenstellende Ergebnisse erzielt, aber es gab keinen Durchbruch bei der Herstellung von kleinvolumigen, kostengünstigen Energiespeichern.

Trotz aller Bemühungen stehen viele Start-ups kurz vor der Herstellung eines Energiespeichers, der Wirtschaftlichkeit, Sicherheit, Kompaktheit und hohe Energiedichte integriert und dessen Kosten auf 100 USD pro Kilowattstunde senken kann. Wenn jedoch der Preis für Energiespeicher auf diesem Niveau geregelt wird, führt dies zwangsläufig zu einem Korrosionseffekt des elektrischen Paares (der sogenannte Korrosionseffekt des elektrischen Paares bezieht sich auf die lokale Korrosion am Kontaktpunkt heterogener Metalle im selben Medium aufgrund unterschiedlicher Korrosionspotentiale).

Nur erneuerbare Energien können dieses Problem lösen. Sie können Elektroautos leichter und billiger machen. Aber es gibt einen Slot, den es nicht überwinden kann. Es ist so, dass erneuerbare Energien nur dann stabil sind, wenn die Sonne scheint oder der Wind tobt.

Leider bleibt die Kommerzialisierung solcher neuen Batterien weit hinter der Umstellung von fossilen Brennstoffen auf erneuerbare Energien zurück. Selbst wenn es mutig wäre, müsste Herr Musk zugeben, dass die derzeitigen Hersteller von Elektroautos bei der Verbesserung von Lithium-Ionen-Batterien keine großen Fortschritte erzielt haben.

Du durchbrichst deinen Verstand.

Tatsächlich glauben viele Forscher, dass Energiespeicher bestehende Barrieren durchbrechen und einen völlig neuen chemischen Prozess und eine völlig neue physikalische Form für das Überspringen annehmen müssen. Nur so kann die bestehende Architektur entfernt und die Dominanz des letzten Jahrzehnts in Bereichen wie Unterhaltungselektronik, Elektroautos und Speichersystemen auf Netzebene aufgehoben werden.

Im Mai veranstaltete das US-Energieministerium sein neuntes jährliches Symposium zum Thema "Beyond lithium batteries", bei dem jedes Jahr Forscher zusammenkamen, um die technischen Herausforderungen bei der Entwicklung neuer Energiespeicher zu erörtern.

Huqichao, Gründer von Solid Energy Systems, hat eine neue Lithium-Metall-Batterie entwickelt, die die Energiedichte der Batterie erheblich erhöht und bestehende Produkte deutlich übertrifft.

Huqichao beschrieb auf dem Seminar auch die Geschichte der Entwicklung neuer Lithium-Metall-Batterien. Er glaubt, dass das wichtigste Hindernis während des Forschungs- und Entwicklungsprozesses von mehr als einem Jahrzehnt darin besteht, eine Idee in ein Produkt zu verwandeln. Dies ist für den akku noch schwieriger, da sich ein Aspekt der Leistung auf den anderen auswirken kann, sobald Sie ihn verbessert haben. Daher müssen schwierige Kompromisse und Entscheidungen getroffen werden.

Schwerwiegende Unterfinanzierung von Forschung und Entwicklung

Darüber hinaus steht die Energiespeicherforschung vor einem heiklen Problem der Vielfalt: Die Batterietechnologie ist derzeit in vollem Gange, und Schaumbatterien, Flüssigkeitsbatterien und chemische Batterien haben ihre eigenen treuen Fans. Niemand weiß also, welche Art von Batterie letztendlich der große Gewinner sein wird, wodurch sich die Forschungsfinanzierung ausbreitet.

Laut dem Forschungsunternehmen LuxResearch hat der Energiespeichersektor in den letzten acht Jahren mehr als 4 Milliarden US-Dollar an Investitionen absorbiert, aber Start-ups mit Wurzeln in diesem Sektor haben durchschnittlich 40 Millionen US-Dollar an Finanzmitteln erhalten. Tesla hingegen erhielt 5 Milliarden US-Dollar für eine Superanlage, eine Lücke, die kurzfristig nicht geschlossen werden konnte.

Xideer, Professor für Materialwissenschaften an der University of California in Berkeley, sagte: "Der Bau einer kompletten kleinen Produktionslinie kostet etwa 500 Millionen US-Dollar, und Sie müssen die Details optimieren. Außerdem wird es Jahre dauern, bis das Batteriesystem getestet ist Dies ist eine unmögliche Aufgabe für ein Unternehmen, das jedes Jahr nur 5 Millionen US-Dollar investieren kann. "

Selbst wenn die Hersteller endlich neue Technologien auf den Markt bringen können, werden sie immer noch Schwierigkeiten haben, die Produktion zu erweitern und Käufer zu finden. Die vorherigen Leyden Energy- und A123-Systeme waren die besten negativen Materialien. Obwohl sie über neue Technologien verfügten, scheiterten sie an unzureichenden Mitteln und einer unbefriedigenden Nachfrage. Darüber hinaus haben zwei Startups, Seeo und Sakti3, Pech gehabt und wurden zu einem niedrigen Preis erworben, bevor die neue Batterie in Serie hergestellt wurde.

Derzeit haben auch die drei weltweiten Batterieriesen Samsung, LG und Panasonic ihre Strategie geändert. Sie sind konservativer geworden und neigen eher zu Verbesserungen bestehender Technologien als zu einer radikalen Batteriewende. Darüber hinaus haben Batterie-Startups ein Problem, das sie nicht erwähnen möchten: Lithium-Ionen-Batterien haben sich seit ihrer Geburt nicht weiterentwickelt. Wenn der alte Mann nicht mithalten kann, warum dann eine neue Ära beginnen?

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