Sicherung der Lieferkette für Batterien

Die sonnige Zukunft, die Elektrofahrzeuge (EVs) versprechen, wird von einer dunklen Wolke überschattet. Es sind die wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Akkus (Li-Ionen-Akkus), die das Herzstück der EV-Technologie bilden. Und übrigens auch das Herzstück der meisten anderen elektronischen Geräte, die das moderne Leben antreiben. 

Ein Hauptproblem bei Lithium-Ionen-Akkus ergibt sich aus zwei der Elemente, die zur Herstellung ihrer Kathoden (dem Pluspol eines Akkus) verwendet werden – Kobalt und Nickel. Die Beschaffung dieser Elemente hängt von anfälligen und ethisch bedenklichen Lieferketten ab.

Verringerung der Umweltbelastung durch das Recycling von Lithium-Ionen-Batterien

Eine Strategie zur Minimierung der mit Lithium-Ionen-Batterien verbundenen Probleme in Bezug auf Lieferkette, Kosten und Umwelt ist die effiziente Rückgewinnung und das Recycling von Nickel, Kobalt und anderen Chemikalien aus Altbatterien. Insbesondere verringert das Recycling den Druck auf den Rohstoffabbau. 

Unsere SHARP-Technologie ( Streamlined Hydrometallurgical Advanced Recycling Process ) bietet eine umweltfreundliche und kostengünstige Möglichkeit, kritische Metalle aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien zurückzugewinnen.

Die effiziente Rückgewinnung und das Recycling von Nickel und Kobalt aus ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien ist eine Möglichkeit, den Bedarf an abgebauten Rohstoffen zu senken. 

Unsere Alternative zur Li-S-Batterietechnologie 

Ein weiterer Ansatz besteht darin, Alternativen zur Lithium-Ionen-Chemie zu entwickeln, die reichlich vorhandene und leichter beschaffbare Materialien nutzen, um eine höhere Batterieleistung zu geringeren Kosten zu erzielen. Viele führende Unternehmen in der Batterieforschung arbeiten aktiv daran. Eine Änderung der Chemie birgt das Potenzial, die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette zu stärken und Elektrofahrzeuge letztendlich erschwinglicher und für Verbraucher attraktiver zu machen.

Die Lithium-Schwefel-Batterietechnologie (Li-S) hat sich als vielversprechender Weg für die Zukunft herauskristallisiert. Bei dieser Technologie wird Schwefel als aktives Kathodenmaterial (CAM) verwendet, anstelle der verschiedenen Kobalt-, Nickel- und anderen Metalloxide, die in Lithium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen.  

Schwefel ist aus mehreren Gründen als CAM wünschenswert. Erstens ist er leicht verfügbar (er ist das fünfthäufigste Element auf der Erde) und daher von Natur aus kostengünstiger als Kobalt oder Nickel. Außerdem wird er in großem Umfang abgebaut und als Nebenprodukt in Ländern gewonnen, die geopolitisch weniger problematisch sind und sich bereits zu Zentren der Batterieherstellung entwickelt haben. Dies senkt die Transportkosten. Zusammengenommen könnten diese Faktoren den Preis pro Kilowattstunde für eine Batterie erheblich senken.

Zudem kann eine Li-S-Batterie mehr Energie speichern als eine Li-Ionen-Batterie. Schätzungen zufolge kann eine Li-S-Batterie bei gleichem Gewicht doppelt so viel Energie speichern wie eine Li-Ionen-Batterie. Dies könnte Elektrofahrzeuge mit entweder einer deutlich größeren Reichweite oder einem wesentlich geringeren Gewicht bedeuten.

Li-S bietet also Leistungs- und Kostenvorteile gegenüber Li-Ionen-Batterien und verfügt über eine von Natur aus sicherere Lieferkette. Es gibt nur einen Grund, warum Li-S-Batterien in Elektrofahrzeugen noch nicht flächendeckend eingesetzt werden: Sie funktionieren nicht.

Der Durchbruch bei der Umwandlung von Selen in Schwefel

Das technische Problem bei Li-S-Batterien liegt in den chemischen Reaktionen begründet, die in ihrem Inneren ablaufen. Genauer gesagt geht Schwefel während der Lade- und Entladezyklen vom festen in den flüssigen Zustand über – und anschließend wieder zurück in den festen Zustand. Ein Teil des Schwefels verbleibt im Elektrolyten, was zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust führt. Dadurch verringert sich die Ladekapazität mit jedem Zyklus drastisch.

Die Lösung dieses Problems steht seit vielen Jahren im Mittelpunkt der Forschung zu Li-S-Batterien. Coherent intern bereits seit einem Jahrzehnt damit. 

Unsere ersten Arbeiten konzentrierten sich auf die Li-Se-Chemie (Selen). Selen und Schwefel gehören beide zur Gruppe VI des Periodensystems. Und Coherent umfangreiche Erfahrung im Umgang mit Materialien der Gruppe VI. Deshalb hieß das Unternehmen ursprünglich auch II-VI!

Unser Team hat seinen Schwerpunkt im Jahr 2020 von Selen auf Schwefel verlagert. Inzwischen haben wir bedeutende Durchbrüche erzielt, die das Problem lösen. Dadurch sind wir in der Lage, Li-S-Batterien (oder genauer gesagt „Schwefelkathoden“) herzustellen, die eine Ladung bis nahe an die theoretische Grenze des Materials speichern können. Und unsere Kathode ist „zyklusfähig“.

Die von Coherent entwickelte bahnbrechende Li-S-Batterietechnologie Coherent das Ergebnis jahrzehntelanger Forschungsarbeit innerhalb des Unternehmens.

Natürlich gibt es noch andere Gruppen, die an Li-S-Batterien arbeiten. Einige von ihnen haben ebenfalls ähnliche Leistungsmerkmale wie wir erreicht. 

Unsere Technologie bietet jedoch einen wesentlichen Unterschied und einen entscheidenden Vorteil gegenüber diesen anderen Lösungen. Unsere Innovationen kommen bei Schüttgütern auf der Ebene der Kathodenverbundstoffe und der Kathodenslurries zum Einsatz. Das bedeutet, dass Batteriehersteller unsere Materialien ohne Umrüstung ihrer bestehenden Kathodenproduktionsprozesse einsetzen können.

Angesichts der enormen Investitionen in die Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien halten wir es für unerlässlich, den Herstellern einen reibungslosen Übergang zu Lithium-Schwefel-Batterien zu ermöglichen. Die Coherent verlängert die Lebensdauer der heute getätigten Investitionen.  

Alle setzen auf Li-S

Das Potenzial von Li-S und die jüngsten technologischen Fortschritte ( Coherent durch Coherent ) sind für niemanden in der Batterie- oder Elektrofahrzeugbranche eine Neuigkeit. In diesen Kreisen ist allgemein anerkannt, dass Li-S letztendlich Li-Ionen-Batterien ablösen wird. Auch das US-Energieministerium teilt diese Ansicht. Es treibt die Entwicklung der Li-S-Technologie in den National Laboratories voran und fördert die kommerzielle Forschung.

Dank unserer unübertroffenen Erfahrung mit Materialien der Gruppe VI und den bislang erzielten positiven Ergebnissen Coherent bestens aufgestellt, um eine führende Rolle bei der Einführung der Li-S-Technologie zu übernehmen. Wir bringen diese Technologie bereits heute auf den Markt und stellen dabei die Materialien und Verfahren bereit, die Hersteller als Ausgangsbasis benötigen. Dazu gehören unter anderem die Herstellung von CAMs, die Produktion fertiger Kathodenkomponenten sowie die Lizenzierung unserer Technologie.

Doch ganz gleich, wie wir uns am Markt für Lithium-Schwefel-Batterien beteiligen – Coherent bereits entscheidende Innovationen hervorgebracht, die Schwefel auf eine Weise zyklierbar machen, die nur minimale Kosten und Gewichtsnachteile mit sich bringt. Diese werden dazu beitragen, die Batterieindustrie auf Materialien umzustellen, die eine wesentlich größere Versorgungssicherheit bieten. Und dies wird die Hürden für die Elektrifizierung mobiler Geräte senken und den Weg für die Zukunft der Elektrofahrzeuge ebnen.

Erfahren Sie mehr über dieCoherent TechnologieCoherent .

Verwandte Ressourcen