Lithium-Metall-Akku soll Reichweiten von Elektroautos verdreifachen
Mittels eines Wafers möchte das Jungunternehmen XNRGI Lithium-Ionen-Akkus so umbauen, dass sie leistungsfähiger, sicherer und stabiler werden. Bleibt nur ein Problem.
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Eine größere Reichweite ist bei den modernen E-Autos noch immer Zukunftsmusik. Die meisten Elektroautos schaffen mit einer einzigen Akkuladung durchschnittlich 400 Kilometer. Bei hohem Fahrtempo oder niedrigen Temperaturen sind die Batterien noch schneller leer. Zudem entpuppen sich die maktbeherrschenden Lithium-Ionen-Akkus mehr und mehr als Flaschenhals. XNRGI, ein Start-up aus den USA, will die gängige Akku-Technologie nun revolutionieren.
Die Revolution einer betagten Technologie
Das Start-up XNRGI aus Portland (Oregon) will Lithium-Ionen-Akkus um einiges leistungsfähiger und sicherer machen als sie bisher sind. Über einen Zeitraum von rund 15 Jahren entwickelte XNRGI 15 Patente, 6 Patentdarstellungen und 13 Anmeldungen. Einige weltbekannte Unternehmen wie Intel, Energizer und Motorola haben in das Start-up über 80 Millionen US-Dollar investiert. Mittlerweile hat XNRGI seine erste siliziumchipbasierte und poröse Lithium-Metall-Akkutechnologie erfolgreich entwickelt. Diese soll zukünftig eine hochvolumige und skalierbare Akkufertigung zu niedrigen Kosten ermöglichen.
Powerchip-Akku-Technologie von XNRGI
Das Start-up hat eine Powerchip-Akku-Technologie entwickelt und besitzt für diese gleich mehrere Patente. Des Weiteren wird das Unternehmen vom US-Energieministerium (DOE) gefördert. XNRGI setzt bei seiner Technologie auf Wafer. Diese kommen seit längerer Zeit in der Halbleiterindustrie zum Einsatz und können für die neue Powerchip-Akku-Technologie ohne großen Aufwand übernommen werden. In den zukünftigen Akkus kommt somit keine neue Erfindung, sondern eine bereits funktionierende Technologie zum Einsatz.
Da XNRGI nicht auf die neusten Modelle, sondern auf eine ältere Wafer-Generation setzt, sollen weder die Preise noch das Angebot Probleme machen. Bis zu 160 Millionen von mikroskopisch kleinen Löchern werden dabei in einen herkömmlichen 12 Zoll großen Wafer gebohrt. Die beiden Seiten des Wafer unterscheiden sich gravierend voneinander: Die eine Seite bekommt eine nichtleitende und die andere Seite eine leitende Beschichtung. Nach der Fertigung soll die Powerchip-Akku-Technologie bei den Anoden der Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen. An diesen sammeln sich bei vollgeladenen Batterien sämtliche Elektronen.
Die „neue“ XNRGI-Anode besitzt im Vergleich zu herkömmlichen Anoden eine dreidimensionale und löchrige Oberfläche. Laut den Aussagen des Unternehmens ermöglicht diese eine 10-mal so hohe Energiedichte. Des Weiteren lässt sich die Lebensdauer der Batterien um das 3- bis 5-fache steigern. Zu guter Letzt sollen die neuen Lithium-Ionen Akkus von XNRGI um einiges sicherer sein. Unternehmenschef Chris D’Couto ist voll und ganz davon überzeugt, dass sein Unternehmen alle Probleme der herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus gelöst hat.
Lithium-Metall-Akkus: Alte Technologie in neuem Glanz?
Die begrenzte Energiedichte in den herkömmlichen Lithium-Ionen Batterien begründet den primären Engpass bei der weltweiten Masseneinführung von E-Autos. Die Batterien sind in der Herstellung viel zu teuer, zu schwer, zu groß und haben zudem eine zu geringe Lebensdauer. Herkömmliche Batterien werden oftmals in speziellen Produktionsanlagen gefertigt und dies schränkt die Möglichkeiten einer möglichst kostengünstigen Skalierung ein.
Bei der Fertigung und Verwendung von Lithium-Ionen-Batterien gibt es jedoch nicht nur technische Schwierigkeiten. Lithium ist ein nur begrenzt verfügbarer Rohstoff, der globale Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien lässt sich damit kaum decken. Aktuell liegt die gesamte, weltweite Produktionskapazität bei 150 Gigawatt pro Jahr. Das „Intergovernmental Panel on Climate Control“ (IPCC) ist der Meinung, dass der weltweite Bedarf bis zum Jahr 2050 alleine für das Stromnetz 42 Terawatt betragen wird. Des Weiteren werden zusätzlich mehrere Terawatt für Schwellenländer (Transport und Elektrifizierung) gebraucht. Da das Stromnetz kein Akku ist, geht eine große Menge an Energie bei der Übertragung, Verkürzung und durch den Widerstand verloren. Experten sind sich einig, dass ein hoher Bedarf an einer kosteneffizienten und skalierbaren Batterien-Fertigungsarchitektur besteht. Diese Architektur muss allen zukünftigen Veränderungen in Form von Größe, Gewicht und Dichte gerecht werden. Zusätzlich muss die zukünftige Massenproduktion von Akkus sicherer, abstimmbarer und günstiger werden.
Die neue Architektur von XNRGI soll diese Probleme lösen
Aktuell ist die XNRGI-Technologie von ihren Eigenschaften her einzigartig.
- die XNRGI-Lithium-Metall-Anode hat eine 10 mal so hohe Energiedichte wie eine Standard-Anode
- die 3D-Poren vergrößern die aktive Batterie-Oberfläche um das 70-Fache
- die Poren schaffen eine sichere und kühle Architektur für jede Art von Batteriechemie
Durch diese soll es möglich sein, die Produktion von Batterien unter Verwendung der vorhandenen Infrastruktur auf die nötige Terawatt-Kapazität skalieren zu können. Das US-kanadische Start-up kann die Batterieproduktion sofort auf das gewünschte Kostenniveau skalieren, um die steigende Nachfrage der Schwellenländer zu decken. Letzten Endes soll die XNRGI-Technologie, die aus fossilen Brennstoffen stammende Energie vollständig ersetzen.
Die wiederaufladbare und leistungsstarke Lithium-Metall-Batterie von XNRGI lässt sich mit dem kostengünstigen Halbleiter-Gießereimodell herstellen. Die CapEx-Kosten (Investitionsausgaben für längerfristige Anlagegüter) lassen sich im Vergleich zu den traditionellen Batteriefabriken um rund 95 % senken.
Elektrofahrzeuge mit größerer Reichweite
Laut Unternehmenschef D’Couto lässt sich eine Elektroautobatterie, die auf der XNRGI-Technologie basiert, in rund 15 Minuten auf knapp 80 % Kapazität laden. Des Weiteren soll eine solche Batterie die Reichweite der Elektrofahrzeuge um knapp 300 % steigern und somit quasi verdreifachen können. Die bisherige, maximale Reichweite von knapp 400 Kilometer soll in Zukunft auf weitaus mehr als 1.100 Kilometer gesteigert werden. Laut eigenen Angaben arbeitet XNRGI mit vielen kleinen Herstellern aus der Consumer-Elektronik-Branche, mit Autoherstellern und mit Stromnetz-Anbietern zusammen.
Magnesium-Batterien als wirkliche Alternative?
Weltweit wird an Alternativen für die umstrittenen Lithium-Ionen-Batterien geforscht. Aktuell ist die Technik noch unverzichtbar für E-Fahrzeuge. In Zukunft könnte sie durch Magnesium-Batterien ersetzt werden. Laut Forschern haben diese gravierende Vorteile gegenüber den konventionellen Lithium-Ionen-Akkus. Die wichtigsten Vorteile sind eine größere Energiedichte und eine deutlich höhere Sicherheit.
Über die Unzulänglichkeiten der Lithium-Ionen-Akkus und alternativer Akku-Typen lesen Sie in unserem Artikel Batteriefabriken: Europa vernachlässigt alternative Akku-Technologien
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