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Jul 23, 2023

Der Weg zu besseren EV-Batterien beginnt in der Fabrikhalle

Eine neue Methode zur Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge könnte Kosten senken, die Leistung verbessern und obendrein giftige Schlämme eliminieren. Von Veröffentlicht Jetzt, da die Umstellung auf Elektrofahrzeuge auf Hochtouren läuft

Eine neue Methode zur Herstellung von Batterien für Elektrofahrzeuge könnte Kosten senken, die Leistung verbessern und obendrein giftige Schlämme eliminieren.

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Jetzt, da die Umstellung auf Elektrofahrzeuge mit Volldampf voranschreitet, bemühen sich die Autohersteller, genügend Batterien für Elektrofahrzeuge in die Hände zu bekommen, um den Bedarf zu decken. Das bedeutet Lithium, Lithium und noch mehr Lithium. Die Erschließung neuer Versorgungslinien ist eine Schlüsselstrategie, aber die Aufmerksamkeit richtet sich auch auf Fertigungstechnologien der nächsten Generation, die das letzte bisschen Nullemissionswert aus dem weichen, silbrig-weißen Metall herausholen.

Die neueste Entwicklung in der Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge stammt vom Oak Ridge National Laboratory (ORNL), das Teil des weitläufigen Netzwerks von Forschungseinrichtungen des US-Energieministeriums ist, in einer öffentlich-privaten Partnerschaft mit dem US-amerikanischen Energiespeicherunternehmen Navitas Systems.

Das Forschungsteam konzentrierte sich auf die herkömmliche, auf Schlamm basierende Methode zum Auftragen von Lithium auf die Elektroden von Elektrofahrzeugbatterien. Die Aufschlämmungsmethode ist soweit effektiv, aber die Aufschlämmung selbst ist ein Gemisch aus giftigen Lösungsmitteln, die Risiken für die Gesundheit und die Umwelt mit sich bringen. Die Aufschlämmungsmethode ist außerdem mit zusätzlichen Kosten verbunden, einschließlich der Trocknung und Wiedereingliederung in den Prozess.

Anstatt zu versuchen, giftige Lösungsmittel in der Lithiumaufschlämmung zu reduzieren, verzichtete das ORNL-Forschungsteam ganz darauf und setzte stattdessen auf die neue Trockenverarbeitungsmethode.

Bei der neuen Methode entsteht ein kompaktes, pulverbasiertes Material. Das ist nicht so einfach, wie es klingt, aber der Gewinn könnte enorm sein, da die Lebensdauer der Batterien von Elektrofahrzeugen verlängert und ihre Leistung verbessert wird.

„Dadurch entfällt das Lösungsmittel und verspricht gleichzeitig die Bereitstellung einer Batterie, die langlebig ist, weniger durch inaktive Elemente belastet wird und in der Lage ist, nach dem Gebrauch eine hohe Energiespeicherkapazität aufrechtzuerhalten“, berichtete Oak Ridge Anfang dieser Woche (weitere Informationen zu unserer Oak Ridge-Berichterstattung finden Sie hier). .

„Solche Verbesserungen könnten die Verbreitung von Elektrofahrzeugen vorantreiben und dazu beitragen, den CO2-Ausstoß zu reduzieren und die US-Klimaziele zu erreichen“, fügte das Labor hinzu.

Halten Sie nicht den Atem an, wenn es um die neuen schlammfreien, ungiftigen Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge der Zukunft geht. Das ORNL-Team befindet sich noch in der frühen Phase des F&E-Prozesses. Allerdings ist die Trockenverarbeitung bereits als platz-, zeit- und energiesparende Fertigungsmethode bekannt. Als Vorteile nennt das Labor auch geringere Anlaufkosten und eine verbesserte Effizienz bei der Abfallentsorgung.

Der leitende Forscher auf Navitas-Seite, Bryan Steinhoff, erklärt, dass Hersteller auf sperrige Beschichtungs- und Lösungsmittelgeräte verzichten können, wenn sie auf die Trockenverarbeitungsmethode umsteigen. „Wenn Sie stattdessen ein Trockenverfahren verwenden können, können Sie Ihren Platzbedarf um bis zu 40 oder 50 % reduzieren und Hunderte Millionen Dollar einsparen“, sagt Steinhoff und bezieht sich auf die Kosten neuer Gigascale-Batteriefabriken für Elektrofahrzeuge.

ORNL weist außerdem darauf hin, dass die Trockenverarbeitung mit anderen Geräten zur Elektrodenherstellung kompatibel ist.

Zu wissen, was funktioniert, ist jedoch nicht dasselbe wie zu wissen, warum es funktioniert. Das Verständnis des Warum ist der nächste Schritt, bevor die Trockenverarbeitung auf Elektrofahrzeugbatterien für den Massenmarkt angewendet werden kann.

In der aktuellen Phase der Forschung analysierte das ORNL-Team trocken verarbeitete Elektroden, die von Navitas hergestellt wurden, und berichtete über seine Ergebnisse im Chemical Engineering Journal.

Schauen Sie sich ihre Arbeit unter dem Titel „Lithium-Ionen-Batterien mit hohem Durchsatz und hoher Leistung durch Trockenverarbeitung“ an. Für diejenigen unter Ihnen, die viel unterwegs sind: Die kurze Antwort lautet: Die Trockenverarbeitung ermöglicht es den Herstellern, mehr aktive Materialien in die Elektrode zu packen.

Die dickere Elektrode ist relativ einfach herzustellen und könnte zu einer Steigerung der Ladeleistung führen, aber das führt zu einer langen Antwort. Die Dicke der Elektrode könnte hinsichtlich der Leistung ein begrenzender Faktor sein. In der nächsten Phase der Forschung wird ein Schwerpunkt auf dem Polytetrafluorethylen-Binder für das Lithiumpulver liegen.

„Ein Hauptziel dieses Projekts besteht darin, ein besseres Bindemittel für den Trockenprozess zu entwickeln oder zu identifizieren, da das aktuelle Bindemittel für die Anodenumgebung nicht sehr stabil ist“, erklärte Oak Ridge Jianlin Li, Co-Leiter des Teams zusammen mit Runming Tao von ORNL.

Bleiben Sie dran, um mehr darüber zu erfahren. Mittlerweile hat das ORNL-Team auch anderswo in der Welt der Batterieforschung für Elektrofahrzeuge gute Gesellschaft. Im März beispielsweise veröffentlichte die Zeitschrift Nature Communications eine Studie über die Trockenverarbeitung von Elektrofahrzeugbatterien eines Forschungsteams in Korea unter dem Titel „Ultrahigh Loading Dry-Process for Solvent-Free Lithium-Ion Battery Electrode Fabrication“.

Das koreanische Team stellte fest, dass herkömmliche Elektrofahrzeugbatterien mit einem „teuren organischen Lösungsmittel, das sehr langsam verdunstet“ hergestellt werden. Sie schätzten, dass 78 % der Kosten für die Herstellung von Elektroden auf Trocknungs- und Rückgewinnungsschritte zurückzuführen sind.

Insbesondere überprüften sie den Namen des Lösungsmittels N-Methyl-2-pyrrolidon und stellten etwas besorgniserregend fest, dass es „nicht nur giftig ist (bekanntermaßen männliche Unfruchtbarkeit verursacht), sondern auch entzündlich.“

Das koreanische Team berichtete über vielversprechende Ergebnisse für ein Trockenpulver aus Kohlenstoffnanoröhren und Polyvinylidenfluorid. Bleiben Sie also gespannt, um mehr darüber zu erfahren.

Unterdessen sind die politischen Entscheidungsträger in den USA entschlossen, die marode Lithiumindustrie des Landes wiederzubeleben, doch es gibt zahlreiche Hindernisse. Beispielsweise ist ein geplanter Lithium-Tagebau auf Bundesland in Nevada auf heftigen Gegenwind gestoßen, unter anderem auf den Widerstand lokaler Stämme. Ein neues Urteil des Berufungsgerichts scheint den Weg für den Baubeginn in diesem Sommer frei gemacht zu haben, doch für Fans der emissionsfreien Elektromobilität sind die Aussichten nicht gut.

Ein weniger umstrittener Ansatz könnte bald verfügbar sein. Das US-Energieministerium hat sein Augenmerk auf die Herstellung von Lithium aus geothermischer Sole gerichtet. Dieser Ansatz würde den Oberflächen-Fußabdruck der Lithiumgewinnung deutlich reduzieren.

Die Herausforderung besteht darin, eine wirtschaftliche Solegewinnungsmethode zu finden, die mit umweltschädlichen, aber kostengünstigeren Methoden konkurrieren kann. Das Unternehmen Controlled Thermal Resources glaubt, das Zauberrezept entdeckt zu haben, indem es den Wert von Lithium mit dem Wert von Geothermie kombiniert.

Das Unternehmen begann 2021 mit der Arbeit an seinem Projekt „Hell's Kitchen Lithium and Power“ in der Salton Sea-Region im Imperial Valley, Kalifornien.

Bei einem Besuch des Hell's Kitchen-Projekts Anfang des Jahres betonte der Gouverneur von Kalifornien, Gavin Newsome, das Potenzial des „Lithium Valley“, den Durst nach Elektrobatterien in den USA und darüber hinaus zu stillen.

„Experten gehen davon aus, dass Lithium Valley genug Lithium liefern könnte, um den gesamten künftigen Bedarf Amerikas und mehr als ein Drittel des weltweiten Bedarfs zu decken – und so den Übergang zu emissionsfreien Fahrzeugen voranzutreiben“, erklärte das Büro des Gouverneurs.

Auf derselben Reise schlug der US-Kongressabgeordnete Raul Ruiz (D-CA25) vor, dass der kollaborative Ansatz Kaliforniens die durch die Lithiummine in Nevada ausgelöste Hetze vermeidet, einschließlich der Beteiligung indigener Interessenvertreter.

Dieser Standpunkt wurde vom Vorsitzenden des Torres Martinez Desert Cahuilla, Thomas Tortez, Jr., unterstützt, der „das Engagement des Gouverneurs zur Stärkung der Stammesgemeinschaften durch Stammeseinbindung, einen sinnvollen persönlichen Dialog mit einem Zeitplan und unter Berücksichtigung der Stammesgemeinschaften“ zur Kenntnis nahm als aktive Teilnehmer an der Umstellung auf saubere Energie und an der kollektiven Entscheidungsfindung mit dem Willen zum Erfolg.“

„Lithiumgewinnung und Geothermie sind ein Schritt in die richtige Richtung, aber lasst uns den kulturellen Schutz der Stämme und eine gerechte Verteilung der Vorteile sauberer Energie sicherstellen und unverhältnismäßige negative Auswirkungen auf Stammesgemeinschaften vermeiden“, betonte er.

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Foto: Neue Trockenverarbeitungsmethode zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien für Elektrofahrzeuge mit freundlicher Genehmigung von Navitas Systems über das Oak Ridge National Laboratory.

Tina ist spezialisiert auf militärische und unternehmerische Nachhaltigkeit, fortschrittliche Technologie, neue Materialien, Biokraftstoffe sowie Wasser- und Abwasserfragen. Die geäußerten Ansichten sind ihre eigenen. Folgen Sie ihr auf Twitter @TinaMCasey und Spoutible.

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