Das in Dübendorf ansässige Unternehmen Battrion, ein Spinoff der ETH Zürich, hat eine Kleinserienfertigung für Batterieelektroden mit einer Kapazität von 20 MWh pro Jahr aufgebaut und dort nun auch die Produktion für erste Kunden aufgenommen. Battrion hat zum Aufbau der Produktion eine Gesamtinvestition von drei Millionen Schweizer Franken getätigt. Die hergestellten Elektroden sollen erstmals auch in Richtung der Automobilbranche gehen, aber zusätzlich die Nachfrage bestehender Kunden aus dem Non-Automotive-Bereich befriedigen.
Mit «Aligned Graphite Technologie» effizientere Elektroden schaffen
Battrion hat die «Aligned Graphite Technologie» bereits patentieren lasse. Diese sorgt für eine verbesserte Mikrostruktur auf der Anode. Das Verfahren soll die Ladezeit im Vergleich zu Elektrofahrzeugen mit konventionellen Lithium-Ionen-Batterien deutlich reduzieren. Es besteht unter anderem auch eine enge Kooperative mit dem Bautechnologiekonzern Hilti, mit denen ein eigener Batteriezell-Prototyp kreiert wurde, der auf dieser neuartigen Technologie basiert. In Elektrogeräten wiesen sie laut dem Duo eine um bis zu 20 Prozent höhere Entladeleistung auf als herkömmliche Zellen.
Als weiteren Schritt kündigt Battrion Schritt an, seine Technologie tauglich zur Fertigung im GWh-Bereich machen zu wollen. Dazu arbeite nach eigenen Angaben mit führenden Zellherstellern und OEMs in verschiedenen Märkten an der Implementierung der Technologie.
Dr. Max Kory, Mitgründer und COO von Battrion führte dazu aus: «Mit dem Betrieb der Anlage demonstrieren wir, wie diese Technologie eingesetzt werden kann, um den CO2-Fussabdruck von Lithium-Ionen-Batterien zu reduzieren. Wir verfolgen dabei einen klaren Weg, um die Produktion der negativen Elektroden der Batterie bei stark reduziertem CO2-Ausstoss zu ermöglichen. Mit flockenförmigem Graphit lässt sich ca. 10'000 Tonnen CO2 pro GWh Batteriekapazität einsparen.»
Festelektrolyt-Material
Einen ganz anderen Weg verfolgt ein neugegründetes Unternehmen in den USA. Dies amerikanische Factorial Energy hat eine 40-Ah-Zelle mit Festelektrolyt angekündigt, die E-Autos zu einer um 20 bis 50 Prozent erhöhten Reichweite verhelfen soll. Zu dem Führungsteam und den Investoren des bisher unbekannten Unternehmens gehören einige in der Branche bekannte Namen.
Bei dem Zellentyp soll es sich um einen speziellen Polymer-Separator handeln. Derzeit würden die Zellen auf eine gravimetrische Energiedichte von 350 Wh/kg und eine volumetrische Energiedichte von 770 Wh/l kommen. Ziel seien 400 Wh/kg und 1.000 Wh/l. Nach 460 Zyklen soll die Kapazität unter 80 Prozent fallen, die Zellen sollen mit 1C geladen werden können.
Das Material, bei dem man einen Durchbruch erreicht habe, sei sicherer als herkömmliche Lithium-Ionen-Technologie und ersetzt den brennbaren flüssigen Elektrolyten durch einen sichereren, stabileren Festkörperelektrolyten, der die Bildung von Lithiumdendriten auf Lithium-Metall-Anoden unterdrückt. Als einzige Zahl wird genannt, dass auf «Factorial Electrolyte System Technology» (FEST) basierende Batterieplattformen eine 20 bis 50 prozentige Verbesserung der Reichweite bieten sollen, ohne die Langlebigkeit des Packs zu beeinträchtigen. Das selbst entwickelte Festelektrolytmaterial, das eine sichere und zuverlässige Zellleistung mit Elektroden mit hoher Spannung und hoher Energiedichte ermöglichen soll, ist ebenso erfolgsversprechend wie die Ankündigungen von VW und BMW. So hat sich VW bei QauntumScape mit Vorkaufsrechten eingekauft, die sich mit ihrer Festkörper Batterie grosse Hoffnungen machen. Leider gibt es bis heute noch keine verlässlichen Angaben über deren Leistungsfähigkeit. VW plant aber noch in diesem Jahr eine eigene Pilotanlage in Deutschland zu bauen und will diese später zu einer Gigafabrik ausbauen, um sich von den grossen Zellenherstellern unabhängig zu machen. Ähnlich denkt man auch bei BMW, die mit Hyundai und Ford sich an dem Unternehmen Solid Power beteiligt haben.
General Motors beschleunigt Entwicklung
Nun hat aber auch General Motors die Entwicklung durch eine 139 Millionen US-Dollar schwere Investitionsrunde in den Festkörperbatterie-Spezialisten SolidEnergy Systems (SES) beschleunigt. Im März hatte der US-amerikanische Autokonzern bereits eine Entwicklungsvereinbarung mit SES geschlossen. SES ist ein in Singapur ansässiges Spin-off des Massachusetts Institute of Technology (MIT). Neben General Motors gehören zu den Geldgebern der gerade abgeschlossenen Finanzierungsrunde auch bestehende Investoren wie SK, Temasek, Applied Ventures LLC, Shanghai Auto und Vertex. SES will mit diesen neuen Mitteln die Technologieentwicklung und die Kommerzialisierung seiner Feststoffbatterien auf Lithium-Metall-Basis beschleunigen.
Schon 2016 hatte SES eine Lithium-Metall-Akkutechnologie angekündigt, bei der die Anode durch eine extrem dünne Lithiumfolie ersetzt wird, wodurch die Energiedichte auf bis zu 500 Wh/kg deutlich vergrössert werden könnte. General Motors zeigt sich an der Technologie stark interessiert. SES plant die nächste Generation seiner Ultium-Batterien als Feststoffakku. Das heisst, dass man mit Lithium-Metall-Anode arbeiten wird.
GM und SES planen bereits, in Woburn im US-Bundesstaat Massachusetts bis 2023 eine Prototyp-Produktionslinie für die Zellen aufzubauen. Bis Mitte des Jahrzehnts wollen die beiden Partner die Kosten um bis zu 60 Prozent senken. Das tönt nach Hoffnung.
Für die aktuelle Generation der Ultium-Zellen arbeitet GM bekanntlich mit LG Energy Systems zusammen. Im Rahmen ihres Joint Ventures Ultium Cells bauen GM und LG derzeit bereits ein Batteriezellenwerk in Ohio, dessen Fertigstellung für 2022 erwartet wird. Anfang März hatte GM zudem Berichte bestätigt, dass der Konzern eine zweite Batteriezellfabrik in den USA plane.
Lithium-Schwefel-Zellen
Oxis Energy auf der Zielgeraden
Auf der Zielgeraden befindet sich der Lithium-Schwefel-Batteriespezialist Oxis Energy. Das Unternehmen will ab Herbst dieses Jahres Festkörper-Li-S-Zellen und entsprechende Batteriesystemen Kunden und Partnern für Tests zur Verfügung stellen. Oxis arbeitet bereits seit rund vier Jahren an der Entwicklung der Festkörper-Li-S-Technologie. Der technologische Durchbruch dazu sei bereits vor drei Jahren gelungen. In Folge dessen habe Oxis neun neue Patentfamilien in diesem Bereich angemeldet. Dabei geht es offenbar um Festköper-Zellen und Quasi-Festkörper-Zellen. Die Quasi-Festkörper-Li-S-Zelle der ersten Generation mit einer Energiedichte von 450 Wh/kg bzw. 550 Wh/l soll ab Sommer 2022 ausgeliefert und bereits diesen Herbst Proof-of-Concept-Zellen an Kunden geliefert werden. Eine Erhöhung der Energiedichte auf 550 Wh/kg bzw. 700 Wh/l wird für Herbst 2023 angestrebt. 2026 sollen 600 Wh/kg und 900 Wh/l erreicht werden. Die Zell-Kapazität soll dabei zwischen 10 und 20 Ah liegen.
Wie Oxis-CEO Huw Hampson-Jones mitteilte, sind «unsere Li-S-Zellen sicherer als Lithium-Ionen-Batterien, da der Schwefel für das Lithium wie ein Passivator wirkt.» Oxis betont, dass seine Batterien bis zu 60 Prozent leichter als NMC-Zellen seien und ohne Materialien wie Kobalt, Mangan, Nickel oder Kupfer auskommen. Anwendungsfälle für seine Zellen sieht Oxis besonder in der Luftfahrt, maritimen Anwendungen, dem Verteidigungs-Sektor und in Heavy Electric Vehicles. Über die Anzahl der möglichen Ladewiederholungen schweigt sich Oxis aber noch aus. Den letzten Angaben zufolge lag man gerade bei 80 oder 100. Das stellt einen Breiteneinsatz, etwa bei Schul- oder später auch Zubringerflugzeugen, aktuell noch infrage.
