Sicherung der Batterie-Lieferkette

Die von den Herstellern von Elektrofahrzeugen (EV) versprochene strahlende Zukunft ist nach wie vor von dunklen Wolken überschattet. Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) bilden das Herzstück der Elektrofahrzeugtechnologie. In diesem Sinne sind sie auch das Herzstück der meisten anderen elektronischen Geräte, die unser modernes Leben antreiben.

Ein Hauptproblem bei Lithium-Ionen-Batterien liegt in den beiden Elementen, die für die Herstellung ihrer Kathode (der positiven Elektrode der Batterie) verwendet werden – Kobalt und Nickel. Die Beschaffung dieser Elemente hängt von anfälligen und ethisch bedenklichen Lieferketten ab.

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

Eine Strategie zur Minimierung der mit der Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien verbundenen Beschaffungs-, Kosten- und Umweltprobleme besteht darin, Nickel, Kobalt und andere chemische Stoffe aus Altbatterien effizient zurückzugewinnen und wiederzuverwerten. Konkret kann die Wiederverwertung den Druck auf den Abbau von Rohstoffen verringern. 

Unsere Technologie „Streamlined Hydrometallurgical Advanced Recycling Process“ (SHARP) bietet eine umweltfreundliche und kosteneffiziente Methode zur Rückgewinnung wichtiger Metalle aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien.

Die effiziente Rückgewinnung und Wiederverwertung von Nickel und Kobalt aus ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien ist eine Möglichkeit, den Bedarf an Rohstoffen aus dem Bergbau zu verringern. 

Unsere Alternativen zu Lithium-Schwefel-Batterien 

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, Alternativen zu Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln, die reichlich vorhandene und leichter zugängliche Materialien nutzen und bei geringeren Kosten eine höhere Batterieleistung bieten. Viele führende Unternehmen im Bereich der Batterieforschung arbeiten intensiv daran, dieses Ziel zu erreichen. Eine Änderung der chemischen Zusammensetzung könnte die Widerstandsfähigkeit der Lieferkette erhöhen und Elektrofahrzeuge letztendlich erschwinglicher und für Verbraucher attraktiver machen.

Die Entwicklung von Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) hat sich als vielversprechender Weg für die Zukunft erwiesen. 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.

Es gibt mehrere Gründe, warum Schwefel ein ideales aktives Kathodenmaterial sein könnte. Erstens ist er leicht zu beschaffen (er ist das fünfthäufigste Element auf der Erde) und daher kostengünstiger als Kobalt oder Nickel. In Ländern und Regionen, die sich bereits zu Zentren der Batterieherstellung entwickelt haben und in denen es kaum geopolitische Probleme gibt, wird Schwefel bereits in großem Umfang als Nebenprodukt abgebaut und produziert. Dies senkt die Transportkosten. Insgesamt können diese Faktoren den Preis pro Kilowattstunde der Batterien erheblich senken.

Darüber hinaus können Lithium-Schwefel-Batterien mehr Energie speichern als Lithium-Ionen-Batterien. Schätzungen zufolge kann eine Lithium-Schwefel-Batterie doppelt so viel Energie speichern wie eine Lithium-Ionen-Batterie mit dem gleichen Gewicht. Dies könnte bedeuten, dass sich die Reichweite von Elektroautos deutlich erhöht oder das Gewicht erheblich reduziert wird.

Daher bieten Lithium-Schwefel-Batterien gegenüber Lithium-Ionen-Batterien Vorteile hinsichtlich Leistung und Kosten und verfügen zudem über eine von Natur aus sicherere Lieferkette. Es gibt nur einen Grund, warum Lithium-Schwefel-Batterien in Elektrofahrzeugen noch nicht weit verbreitet sind: Ihre Leistung ist unzureichend.

Durchbruch bei der Herstellung von Schwefel aus Selen

Die technischen Probleme von Lithium-Schwefel-Batterien sind auf die in ihrem Inneren ablaufenden chemischen Reaktionen zurückzuführen. Genauer gesagt geht der Schwefel während des Lade- und Entladezyklus von einem festen in einen flüssigen Zustand über und wird anschließend wieder fest. Ein Teil des Schwefels verbleibt im Elektrolyten, was zu einem irreversiblen Kapazitätsverlust führt. Dies verringert die Ladekapazität pro Zyklus erheblich.

Die Lösung dieses Problems steht seit Jahren im Mittelpunkt der Forschung zu Lithium-Schwefel-Batterien.Coherent diesCoherent über einen Zeitraum von zehn Jahren untersucht. 

Unser ursprünglicher Schwerpunkt lag auf chemischen Li-Se-Batterien (Selen). Selen und Schwefel gehören beide zur Gruppe 6 des Periodensystems.Coherent umfangreiches FachwissenCoherent Umgang mit Materialien der Gruppe VI. Aus diesem Grund hieß das Unternehmen ursprünglich auch II-VI!

Im Jahr 2020 hat unser Team den Schwerpunkt von Selen auf Schwefel verlagert. Nun haben wir bei der Lösung dieses Problems einen bedeutenden Durchbruch erzielt. Dies ermöglicht es uns, Lithium-Schwefel-Batterien (genauer gesagt „Schwefel-Kathoden“) herzustellen, die die Ladung nahe der theoretischen Grenze des Materials halten können. Unsere Kathoden sind „wiederverwendbar“.

Die Coherent bahnbrechende Lithium-Schwefel-Batterietechnologie ist das Ergebnis von zehn Jahren interner Forschung.

Natürlich gibt es noch weitere Teams, die an Lithium-Schwefel-Batterien forschen. Einige dieser Teams haben ebenfalls ähnliche Leistungsmerkmale wie wir erzielt. 

Unsere Technologie weist jedoch im Vergleich zu anderen Technologien einen wesentlichen Unterschied und einen entscheidenden Vorteil auf. Unsere Innovation lässt sich sowohl auf Kathodenverbundwerkstoffe als auch auf Schlamm als Schüttgut anwenden. Das bedeutet, dass Batteriehersteller unsere Materialien in ihren bestehenden Kathodenproduktionsprozessen einsetzen können, ohne ihre Anlagen umrüsten zu müssen.

Angesichts der umfangreichen Investitionen in die Produktionskapazitäten für Lithium-Ionen-Batterien halten wir es für entscheidend, den Herstellern einen reibungslosen Übergang zur Produktion von Lithium-Schwefel-Batterien zu ermöglichen.Coherent verlängert die Lebensdauer der heutigen Investitionen.

Jeder setzt sich dafür ein, die Entwicklung der Lithium-Schwefel-Technologie voranzutreiben

Das Potenzial der Lithium-Schwefel-Technologie und die neuesten Fortschritte auf diesem Gebiet ( Coherent von Coherent ) sind für niemanden in der Batterie- oder Elektrofahrzeugbranche eine Neuigkeit. In der Branche herrscht weitgehende Einigkeit darüber, dass Lithium-Schwefel-Batterien letztendlich Lithium-Ionen-Batterien ablösen werden. Auch das US-Energieministerium teilt diese Ansicht. Es treibt die Entwicklung der Lithium-Schwefel-Technologie in nationalen Laboren voran und fördert die kommerzielle Forschung.

Dank unserer umfassenden Erfahrung mit Materialien der Gruppe 6 und den bislang erzielten positiven ErgebnissenCoherent , um bei der Einführung der Lithium-Schwefel-Technologie eine führende Rolle zu übernehmen. Derzeit arbeiten wir an der Kommerzialisierung dieser Technologie und stellen die erforderlichen Materialien und Verfahren bereit, um Herstellern die Grundlage für die Produktion zu schaffen. Dazu gehören unter anderem die Herstellung von aktiven Kathodenmaterialien, die Produktion fertiger Kathodenkomponenten sowie die Lizenzierung unserer Technologie an diese Hersteller.

Unabhängig davon, wie wir uns auf dem Markt für Lithium-Schwefel-Batterien engagieren,Coherent , die eine Wiederverwertung von Schwefel zu minimalen Kosten und im großen Maßstab ermöglichen. Dies wird der Batterieindustrie den Übergang zu Materialien mit höherer Lieferkettensicherheit erleichtern. Dadurch werden die Eintrittsbarrieren in den Bereich der Elektromobilität gesenkt und der Weg für die zukünftige Entwicklung von Elektrofahrzeugen geebnet.

Erfahren Sie mehr über Coherent .

Relevante Ressourcen