Eine neue Batterie soll Passagierflugzeuge und Elektrofahrzeuge antreiben, erklärt

May 03, 2023

Der Übergang zu Elektrofahrzeugen beschleunigt sich, mit steigenden Marktanteilen und technologischen Fortschritten. In der damit einhergehenden Flut von Berichten und Unternehmenserklärungen können einige potenziell große Entwicklungen ohne Vorankündigung oder Erklärung vorübergehen.

Hier ist eines: CATL, das in China ansässige Unternehmen und der weltweit führende Hersteller von Batterien für Elektrofahrzeuge, gab letzten Monat Einzelheiten zu einer Batterie der nächsten Generation bekannt, die eine Energiedichte von bis zu 500 Wattstunden pro Kilogramm haben wird, was ungefähr dem Doppelten entspricht die Energiedichte der führenden Batterien auf dem Markt – ein Unterschied, der zu einer größeren Reichweite führt, bevor sie aufgeladen werden muss.

Dabei handelt es sich um ein „Semi-Solid-State“-Design, was einer der Gründe dafür ist, dass es so viel Energie speichern kann (mehr dazu gleich).

Wenn ich eine Ankündigung wie diese sehe, ist sie normalerweise mit einem Zeitplan verbunden, der vage ist oder mehrere Jahre entfernt liegt. Daher war es bemerkenswert, dass ein CATL-Beamter in einer Rede auf der Shanghai Auto Show sagte, dass die Massenproduktion dieser Batterie noch in diesem Jahr beginnen würde.

Das Unternehmen sagte, die Batterie sei sicher genug und habe eine ausreichende Energiedichte, um neben Elektroautos und -lastwagen auch in Flugzeugen eingesetzt zu werden. Das Unternehmen sagte, es arbeite mit Partnern an der Entwicklung elektrischer Passagierflugzeuge und wende „Standards und Tests auf Luftfahrtniveau gemäß den Sicherheits- und Qualitätsanforderungen der Luftfahrt an“.

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CATL, das für Contemporary Amperex Technology Co. Limited steht, ist Batterielieferant für viele der weltweit größten Automobilhersteller, darunter BMW, General Motors, Tesla und Volkswagen.

Letztes Jahr stellte CATL eine neue Batterie mit einer Energiedichte von bis zu 255 Wattstunden pro Kilogramm und einer Reichweite von mehr als 600 Meilen vor. Die ersten Fahrzeuge, die die Batterie verwenden, werden jetzt in China verkauft, sind in den USA jedoch noch nicht erhältlich. Eine Erhöhung der Energiedichte bedeutet, dass eine Batterie mit einer einzigen Ladung weiter fahren kann, und ermöglicht die Verwendung kleinerer Batteriepakete ohne Reichweitenverlust.

Das Unternehmen hat keine Reichweitenangaben für die 500-Wattstunden-Batterie der nächsten Generation gemacht und auch nicht gesagt, welche Marken oder Modelle sie als erste verwenden werden.

Um einige der von CATL verwendeten Terminologie besser zu verstehen, habe ich Kontakt zu Venkat Srinivasan vom Argonne National Laboratory im Großraum Chicago aufgenommen. Er ist Batteriewissenschaftler und Direktor des Argonne Collaborative Centre for Energy Storage Science.

Einige Fragen und Antworten:

„Wir verwenden den Begriff ‚Hybridbatterie‘“, sagte Srinivasan. „Das bedeutet also, dass es einen Feststoff, aber auch eine Flüssigkeit enthält.“

Der Feststoff oder die Flüssigkeit ist der Elektrolyt, das Material im Inneren der Batterie, durch das Lithium-Ionen fließen.

Unternehmen arbeiten an der Entwicklung von Batterien, die teilweise oder vollständig in festem Zustand vorliegen, da die Materialien eine höhere Energiedichte ermöglichen als die Verwendung von Flüssigkeiten oder Gelen.

Dies ist eine Abkehr von den heutigen Lithium-Ionen-Batterien, die fast alle über flüssige oder gelförmige Elektrolyte verfügen.

Bei einer halbfesten Batterie befindet sich in der Anode, die beim Entladen die negativ geladene Seite darstellt, häufig ein Festelektrolyt, in der Kathode, die positiv geladene Seite ist, eine Flüssigkeit oder ein Gel.

QuantumScape, ein Batterieherstellungs-Startup in San Jose, Kalifornien, ist ein prominentes Beispiel für ein Unternehmen, das ein Semi-Solid-State-Design verwendet, basierend auf Präsentationen über seine Technologie.

Doch Unternehmen beschreiben die Designs auf unterschiedliche Weise. QuantumScape verwendet für seine Batterie nicht den Begriff „semi-solid state“, und eine solche Abkürzung kann einige große Unterschiede in Materialien und Designs zwischen Unternehmen verschleiern.

Zusätzlich zum halbfesten Zustand beschreibt CATL sein neues Produkt als „Batterie aus kondensierter Materie“.

„Ich habe keine Ahnung, was das ist“, sagte Srinivasan.

Er sagte, bei dem Begriff gehe es möglicherweise mehr um Branding oder Marketing als um das Design der Batterie.

„Oft verwechseln wir Branding mit einem wissenschaftlichen Konzept, oder?“ er sagte. „Oder oft ist es einfach reines Branding. Und das ist in Ordnung. Das ist es, was Unternehmen tun.“

Die Entwicklung von Batterien mit höherer Energiedichte sollte zu Elektrofahrzeugen mit größerer Reichweite führen. Bei einigen Designs werden Materialien verwendet, die kostengünstiger sind als bei aktuellen Lithium-Ionen-Batterien, sodass die Möglichkeit besteht, dass die Preise für Elektrofahrzeuge niedriger ausfallen.

Es ist jedoch wichtig, sich darüber im Klaren zu sein, dass die Verkäufe von Elektrofahrzeugen bereits rasant ansteigen, noch bevor diese besseren und günstigeren Batterien auf den Markt kommen.

Laut Cox Automotive stiegen die US-Verkäufe von Elektrofahrzeugen im ersten Quartal im Vergleich zum ersten Quartal des Vorjahres um 45 Prozent. Elektrofahrzeuge machten 7,2 Prozent aller verkauften leichten Pkw und Lkw aus, ein Rekordwert.

„Der Hockeyschläger ist da“, sagte Srinivasan und bezog sich dabei auf die Form der Wachstumskurve der Elektrofahrzeugverkäufe. „Es geht viel schneller, als irgendjemand von uns überhaupt ahnen kann.“

Das Wachstumstempo ist gut für das Klima, da der Transport die Hauptquelle der Treibhausgasemissionen in den USA ist. Aber das Wachstum erhöht auch die Dringlichkeit einiger der größten Bedenken hinsichtlich Elektrofahrzeugen.

Unternehmen und Regierungen wissen, dass sie am Aufbau einer öffentlichen Ladeinfrastruktur arbeiten müssen. Das ist teuer und kompliziert.

Die Herstellung von Batterien und Elektrofahrzeugen hat durch den Bergbau und die Sorge um den Abfall, der am Ende der Lebensdauer einer Batterie zurückbleibt, negative Auswirkungen auf die Umwelt. Unternehmen und Regierungen arbeiten daran, die schädlichen Auswirkungen zu reduzieren, was ebenfalls teuer und kompliziert ist.

Und das ist erst der Anfang einer langen Liste der Nachteile von Elektrofahrzeugen, die schnell angegangen werden müssen.

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Dan Gearino deckt den Mittleren Westen der USA ab und ist Teil des National Environment Reporting Network des ICN. Seine Berichterstattung befasst sich mit der geschäftlichen Seite des Übergangs zu sauberer Energie und er schreibt den Inside Clean Energy-Newsletter von ICN. Er kam 2018 zu ICN, nachdem er neun Jahre lang bei The Columbus Dispatch tätig war, wo er für das Energiegeschäft zuständig war. Davor berichtete er über Politik und Wirtschaft in Iowa und New Hampshire. Er wuchs in Warren County, Iowa, südlich von Des Moines auf und lebt in Columbus, Ohio.