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Eine teure Notwendigkeit
Die Herstellung von Festkörperelektrolyten ist jedoch teuer. Dr. Lorenzo Grande, ein Technologie-Analyst bei IDTechEx, der am 25. Oktober ein Webinar zum Thema Festkörperbatterietechnologie vorstellt (Details hier, wenn Sie mithören möchten), sagte mir, dass die „Kosten pro Quadratmeter exponentiell mit dem Preis steigen Größe der Batterie, die Sie herstellen möchten. “
Die Kosten pro Quadratmeter steigen exponentiell mit der Größe der Batterie.
Die Kosten für eine Dünnschichtbatterie könnten sich auf 20 bis 30 USD für eine kleine RFID-Einheit belaufen, bei Akkus für Smartphones wären sie jedoch unerschwinglich. In dieser Größenordnung könnte eine Festkörperalternative Tausende von Dollar für eine einzelne Batterie kosten.
Dies ist eindeutig ein Hindernis für die Hauptanwendungen der Unterhaltungselektronik. Dr. Grande wies jedoch auf die aktuellen Ereignisse hin:
Die bekannten Lithium-Ionen-Batterien enthalten brennbare Elektrolyte. Diese Elektrolyte bestehen typischerweise aus organischen Substanzen oder Chemikalien, die leicht entzündlich sind.
Wenn wir erwägen, diese Elektrolyte durch ein festes Gegenstück zu ersetzen, ist der unmittelbare Vorteil der Wechsel von einer brennbaren Flüssigkeit zu etwas Festem, das entweder nicht brennbar oder viel weniger brennbar und daher für den Benutzer sicherer ist.
Der Grund, warum jeder Flüssigelektrolyte verwendet, ist, dass Festelektrolyte entweder noch nicht vollständig entwickelt sind oder für die Herstellung in großem Maßstab noch zu teuer sind.
Es ist jedoch klar, dass Festkörperbatterien eine große Zukunft in der Unterhaltungselektronik vor sich haben, solange wir die Herstellungskosten senken können. Obwohl es noch so gut wie jedermanns Sache ist, ist Dr. Grande der Ansicht, dass ein Unternehmen wie Samsung, das in letzter Zeit einen immensen Schaden an seinem Sicherheits-Ruf erlitten hat, möglicherweise zu den Ersten gehört, die einen Festkörper-Akku in einem Smartphone ankündigen, selbst wenn dieser Preis dafür ausschlaggebend ist Geld dafür.
Wo wir sind
Wie Dr. Grande mir sagte, sind die meisten Unternehmen, die Nachrichten in der Welt der Festkörperbatterien und alternativen Batterien veröffentlichen (wie Enevate, dessen Silizium-Lithium-Ionen-Batterie jeden Tag herauskommt), eher kleine Start-ups brauche die Werbung. Und dennoch ist auch Enevate offen für die Kosten, die mit Alternativen zu den heutigen verbunden sind, und räumt ein, dass die Leistung mit dem Preis zusammenhängt, sodass ein Hochleistungsakku immer noch relativ hohe Kosten verursacht.
Wie weit die Forschung an Festkörperelektrolyten bei großen Unternehmen wie Samsung und LG, die sowohl Batterien als auch Unterhaltungselektronik herstellen, fortgeschritten ist, lässt sich jedoch nur schwer beurteilen. Was die derzeitigen Marktführer in der Mobilbatterietechnik hinter verschlossenen Türen erreicht haben, könnte weit fortgeschritten sein, wird jedoch aus Wettbewerbsgründen nicht veröffentlicht.
Elektrolyte auf Flüssigkeitsbasis in Lithium-Ionen-Batterien gehören in den nächsten Jahren der Vergangenheit an.
Ein Forscher wie Dr. Grande ist jedoch der festen Überzeugung, dass Elektrolyte auf Flüssigkeitsbasis in Lithium-Ionen-Batterien in den nächsten Jahren der Vergangenheit angehören werden: „Der Festkörperbatteriemarkt steht kurz vor einem Wandel auf diesem Gebiet . Das Unternehmen, das es schafft, die Wertschöpfungskette hinter Festkörperbatterien zu erfassen, wird eine Umbesetzung der wichtigsten Marktteilnehmer bewirken. “
Natürlich haben asiatische Batterieunternehmen ein starkes Interesse daran, ihre Dominanz aufrechtzuerhalten, aber in letzter Zeit gab es in den USA und in Europa großes Interesse und große Investitionen. Je nachdem, wer die dominierende Technologie definiert und wer dies auf kostengünstige Weise schafft, können die derzeitigen Marktführer künftig einen erheblichen Teil ihres Marktanteils an Festkörperbatterien verlieren.
Derzeitige Marktführer könnten einen erheblichen Teil ihres Marktanteils an Festkörperbatterien verlieren.
Der Grund, warum die Dinge derzeit so schlecht definiert sind, liegt darin, dass es ungefähr acht verschiedene Kategorien von Festkörperelektrolyten gibt, die in der mobilen Elektronik verwendet werden könnten. Jede Elektrolytformulierung hat unterschiedliche Vorteile, was bedeutet, dass jeder Typ in Abhängigkeit von seinen jeweiligen Prioritäten mehr oder weniger für einen Markt anwendbar ist.
Vorteile von Festkörpern
Erhöhte Sicherheit in Kombination mit einer längeren Lebensdauer und höheren Kapazitäten sorgen für ein überzeugendes Verkaufsargument.
Was sind die Hauptvorteile von Festkörperbatterien? Unter ihnen ist die Sicherheit hoch: Festkörperelektrolyte sind nicht nur weniger entflammbar, sondern auch stabiler und weniger anfällig für das thermische Durchgehen, das zu Batterieexplosionen führt.
Festkörperelektrolyte sind jedoch auch weniger reaktiv als flüssige Elektrolyte, sodass mit einer längeren Lebensdauer gerechnet werden kann. Festkörperbatterien ermöglichen auch eine Erhöhung der Energiedichte, „bis zum Zweifachen der Stromwerte, wenn bei diesen Batterien auch die Graphitanode durch eine Lithiummetallanode ersetzt wird“. Erhöhte Sicherheit in Kombination mit einer längeren Lebensdauer und höheren Kapazitäten sorgen für ein überzeugendes Verkaufsargument.
Die Entscheidung der Hersteller für die Einführung von Festkörperbatterien ist jedoch unklar. Hersteller können sich dafür entscheiden, die physische Größe einer Batterie auf der heutigen Größe zu halten, wobei die Lebensdauer der Batterie von Vorteil ist. Sie können aber auch die Gesamtgröße der Batterie verringern, während die bisherige "ganztägige" Batterielebensdauer beibehalten wird, an die wir gewöhnt sind.
Dies scheint eine naheliegende Entscheidung zu sein - wer würde sich nicht für ein Telefon mit einer Akkulaufzeit von 2-3 Tagen entscheiden? - aber denken Sie daran, dass die Herstellung von Festkörperbatterien teuer ist.
Es war wahrscheinlicher, dass kleinere Festkörperbatterien mit einer ähnlichen Batterielebensdauer wie jetzt eingeführt wurden.
Dies bedeutet, dass wir wahrscheinlich eher kleinere Festkörperbatterien mit einer Batterielebensdauer vorfinden, die derjenigen ähnelt, die wir von vorhandenen Elektrolyten auf Flüssigkeitsbasis erhalten. Zumindest bis die Kosten für die Herstellung von Festkörperelektrolyten gesenkt werden können.
Wann wird es ankommen?
Wann können wir also damit rechnen, dass Festkörperbatterien die Macht übernehmen? Laut Dr. Grande ist die Automobilindustrie das ultimative Endspiel. Das bedeutet, dass die Autoindustrie aufgrund ihrer hohen Sicherheitsanforderungen am längsten warten muss. Das bedeutet jedoch, dass in anderen Bereichen Festkörperbatterien viel früher eingeführt werden.
Diese Technologie wird für weitere 4-5 Jahre nicht ausgereift genug für den Mobilfunkmarkt sein.
„Der Drohnenmarkt ist in vielerlei Hinsicht ein erster Schritt für die nächste Generation von Festkörperbatterien“, sagt Dr. Grande. „Dies wird bereits 2017 geschehen. Der zweite Markt wären Wearables und dann größere Unterhaltungselektronik wie Smartphones . Aber diese Technologie wird für den Mobilfunkmarkt erst in vier bis fünf Jahren wirklich ausgereift sein. “
Trotz dieses bekannt klingenden Zeitrahmens sind Festkörperelektrolyte in Batterien - oder eine andere neue Batterietechnologie - längst überfällig: „Lithium-Ionen stoßen an ihre technischen Grenzen und der flüssige Elektrolyt ist einer der Gründe dafür. Sobald Festkörperelektrolyte auf dem Drohnen- und Unterhaltungselektronikmarkt verfügbar sind, wird jedes Unternehmen die zusätzlichen Vorteile der Verwendung dieser Technologie zur Herstellung besserer Batterien erkennen.
Letztes Wort
Wie immer ist das Problem die Kosten- und Massenakzeptanz. Die anfänglichen Investitionskosten sind immer noch hoch und wir warten immer noch auf die Definition des Mainstream-Serienmodells. Sobald sich ein Unternehmen wie Samsung jedoch dazu entschließt, den Sprung in ein Konsumprodukt zu wagen, wird der massive Anstieg des Produktionsvolumens dazu beitragen, die Herstellungskosten zu senken.
Was die großen Batteriehersteller bisher getan haben, ist die Schadensbegrenzung. Es gibt jedoch keine Silberkugel in dieser Hinsicht.
„Bisher haben große Batteriehersteller Schadensbegrenzung betrieben, d. H. Einem Elektrolyten auf Flüssigkeitsbasis ein Flammschutzmittel hinzugefügt. Es gibt jedoch keine Silberkugel in dieser Hinsicht. Batteriehersteller fügen seit Jahren Additive hinzu, aber wie Sie den Nachrichten entnehmen können, können immer noch schlimme Dinge passieren. “
Festkörper mag die Zukunft sein, aber Dr. Grande warnt: „Wir sind uns immer noch nicht sicher, welche dieser Technologien es auf den Massenmarkt schaffen wird.“ Außerdem muss zugegeben werden, dass „das, was derzeit auf dem Markt ist, nicht der Fall ist auf dem Niveau von Flüssigelektrolyten “. Wenn die Technologie jedoch ausgereift ist, besteht kaum ein Zweifel, dass der Festkörper die Kontrolle übernehmen wird.
Magst du die Geräusche von Festkörperbatterien? Glauben Sie, dass dies das Image von Samsung verbessern könnte?
Wenn Sie am Webinar von Dr. Lorenzo Grande über Festkörperbatterien für IDTechEx teilnehmen möchten, klicken Sie hier. Am 25. Oktober finden mehrere Sitzungen statt.
