Großer Durchbruch bei Festkörperbatterien aus Keramik

Großer Durchbruch bei Festkörperbatterien aus Keramik

Batterien haben sich seit ihren Anfängen schnell zum Rückgrat verschiedener technologischer Entwicklungen entwickelt.

Die Batterietechnologie entwickelt sich ständig weiter auf dem Weg zu leichteren, schnelleren und sichereren Energiereserven, was die Richtung der Entwicklung von Blei-Säure-Batterien zu Lithium-Ionen-Batterien und von Lithium-Ionen-Batterien zu Festkörperbatterien ist.

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    Entwicklung der Festkörperbatterietechnologie

    Im Jahr 2022 stellte das taiwanesische Unternehmen Gogoro die angeblich weltweit erste abnehmbare und austauschbare Lithium-Keramik-Festkörperbatterie für Zweiräder vor. E-Bike.

    Darüber hinaus widerlegt eine neue Studie die lange Zeit vorherrschende Annahme, dass die Zugabe von flüssigen Elektrolyten zur Verbesserung der Leistung Festkörperbatterien unsicher machen würde, und stellt stattdessen fest, dass Festkörperbatterien leistungsfähiger und sicherer sind als die herkömmliche Lithium-Ionen-Chemie.

    Aston Martin und Britishvolt haben eine Vereinbarung zur Entwicklung einer neuen Hochleistungs-Batteriezellentechnologie unterzeichnet.

    Die weltweit erste abnehmbare und austauschbare Lithium-Keramik-Festkörperbatterie

    Unterdessen wächst in der Branche die Sorge um die Lieferkette für Elektrofahrzeuge.

    Obwohl die Technologie der Festkörperbatterien noch relativ unerprobt ist, haben viele traditionelle Automobilhersteller, darunter Toyota und Volkswagen, stark in Festkörperbatteriegeräte investiert.

    Unterdessen hat der Elektroroller-Hersteller Gogoro den Prototyp einer Lithium-Keramik-Festkörperbatterie für den Batteriewechsel von Zweirädern vorgestellt.

    Der Prototyp wurde in Zusammenarbeit mit ProLogium entwickelt, einem auf Festkörperbatterien spezialisierten Unternehmen, das vor kurzem eine Partnerschaft mit dem deutschen Luxusautohersteller Mercedes-Benz eingegangen ist, um eine Reihe von Personenkraftwagen zu entwickeln, die mit diesem Batterietyp betrieben werden.

    Die Festkörperbatterie von Gogoro wird als die erste ihrer Art in der Welt angepriesen, mit einer geschätzten Kapazität von 2,5kWh, die den derzeitigen abnehmbaren Ersatzbatterien, die Lithium-Ionen-Technologie und Flüssigkeit verwenden, weit überlegen ist.

    Die Nachricht von der Markteinführung dieses Prototyps ist besonders wichtig für den chinesischen Markt in Taiwan, da der Batteriewechsel-Service von Gogoro 95% aller elektrischen Zweiräder versorgen wird.

    Entwicklung der Festkörperbatterietechnologie

    Der neue Prototyp von Gogoro kann in das bestehende Fahrzeug- und Batterietausch-Netzwerk des Herstellers integriert werden, das aus 10.000 Batterietausch-Stationen an mehr als 2.300 Standorten besteht und mehr als 450.000 Fahrgäste bedient.

    Nach Angaben des Herstellers entspricht die Anzahl der Batterie-Split-and-Swap-Stationen fast der Anzahl der Zapfsäulen in der Region und wird diese in naher Zukunft voraussichtlich übertreffen.

    Eine Studie unter der Leitung der Sandia National Laboratories (SNL) des US-Energieministeriums hat die lange Zeit vorherrschende Annahme widerlegt, dass die Zugabe eines flüssigen Elektrolyten zu einer Festkörperbatterie diese unsicher macht.

    Stattdessen fand das Team heraus, dass eine kleine Menge flüssigen Elektrolyts in vielen Fällen die Sicherheit von Festkörperbatterien nicht beeinträchtigt und im Gegenzug eines der Hauptprobleme dieser Chemie - die Zwischenphase zwischen festem und flüssigem Elektrolyt - lösen kann, was bedeutet, dass die Zugabe von etwas flüssigem Elektrolyt die Leistung drastisch verbessern kann, ohne vernachlässigbar zu sein.

    Es wird oft behauptet, dass Festkörperbatterien sicherer sind als Lithium-Ionen-Batterien, und die SNL-Studie fand heraus, dass dies für den Fall, dass eine externe Wärmequelle ausfällt, zutrifft.

    Festkörperbatterien vs. Lithium-Ionen-Batterien

    Als die Forscher jedoch die Obergrenzen der Wärmeabgabe und des Temperaturanstiegs in verschiedenen Fehlerszenarien und Batteriekonfigurationen untersuchten, stellten sie auch fest, dass Lithium-Metall-Anoden-Festkörperbatterien bei Kurzschlussfehlern oder wenn die Integrität des Festelektrolyten beeinträchtigt ist, nicht unbedingt sicherer sind.

    Außerdem stellten sie fest, dass bei Konfigurationen mit Lithium-Metall-Anoden die Festkörperbatterien einen höheren Temperaturanstieg aufweisen als Lithium-Ionen-Batterien, da erstere die gleiche Wärmemenge bei geringerer Masse und geringerem Volumen erzeugen.

    Die ausgereifteste Batterietechnologie sind heute Blei-Säure-Batterien. Am weitesten verbreitet sind Lithium-Ionen-Batterien, und das größte Entwicklungspotenzial dürften Festkörperbatterien haben.

    Festkörperbatterien sind die nächste Generation der Batterietechnologie

    Obwohl sie sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase befindet, hat sie die Vorteile, die die ersten beiden Generationen der Batterietechnologie nicht haben, oder vielleicht kann man sagen, dass Festkörperbatterien die nächste Generation der Batterietechnologie sind.

    Das Aufkommen von Lithium-Ionen-Batterien für Mobiltelefone, Kameras, tragbare Videokameras und sogar Elektrofahrzeuge, wie z. B. Batterien für Elektrofahrräder und anderen Bereichen von nun an in das Zeitalter der tragbaren neuen Energie, sondern auch unser Leben völlig verändert.

    Aber die Entwicklung der Technologie wird nicht aufhören, Lithium-Batterien bestehen in brennbaren, leicht zu Kurzschluss und andere Sicherheitsrisiken werden schließlich durch die neue Technologie beseitigt werden.

    Vorteile von Solid-State-Batterien

    Auf der Eurobike 2023 wird Stromer seine keramische Festkörperbatterie für E-Bikes vorstellen, die erste Festkörperbatterie in der Fahrradindustrie, die die Ladezeit auf weniger als 20 Minuten reduzieren soll.

    Das ultimative Ziel von Stromer ist es, diese Technologie zu nutzen, um Akkus mit einer Ladezeit von nur 12 Minuten zu entwickeln, was bedeutet, dass das Fahrrad jedes Mal, wenn Sie auf die Toilette gehen, halb voll ist.

    Das bedeutet, dass das Fahrrad jedes Mal, wenn Sie auf die Toilette gehen, halb aufgeladen ist - ein Technologiesprung gegenüber den sieben bis acht Stunden, die es heute dauert, eine Batterie aufzuladen.

    Vorteile von Solid-State-Batterien

    Der Mut von Stromer ist natürlich auch den Vorteilen der Festkörperbatterien zu verdanken.

    Solid-State-Batterien haben keinen flüssigen Elektrolyten im Inneren, es ist die Verwendung von Solid-State-Elektroden und Solid-State-Elektrolyt Zusammensetzung, mit geringerer Leistungsdichte, hohe Energiedichte, geringe Größe, flexibel, höhere Sicherheit Leistung Vorteile.

    Da Festkörperbatterien keine flüssigen Elektrolyte enthalten, werden entflammbare und explosive, flüchtige und durch Elektrolyte verursachte Kurzschlüsse usw. vermieden.

    Selbst wenn eine Nadel die Isoliermembran des Elektrolyten durchsticht, kommt es nicht zu einer Selbstentzündung wie bei Flüssigbatterien.

    Diese Umstellung von flüssigen auf feste Elektrolyte ist wichtig, weil dadurch einige der größten Probleme der üblicherweise verwendeten Lithiumbatterien beseitigt werden, wie z. B. die hohe Entflammbarkeit, das Risiko eines thermischen Durchgehens und das Auslaufen von Giftstoffen.

    Es ist ein umfassendes Leistungsupgrade.

    Festkörperbatterien gelten als die Zukunft der Batterietechnologie mit höherer Sicherheit, geringerer Größe und schnellerer Ladegeschwindigkeit, so dass die großen Hersteller viel Geld in die Forschung und Entwicklung von Technologien für Festkörperbatterien investiert haben.

    Stromers keramischer Festkörperakku für E-Bikes

    So haben beispielsweise Automobilhersteller wie Toyota und BMW und Batterieunternehmen wie Panasonic und Samsung an der Erforschung der Festkörpertechnologie für Elektrofahrzeuge gearbeitet, und einige Elektrofahrzeughersteller haben diese Technologie offiziell in ihren Fahrzeugen eingesetzt, aber aufgrund der hohen Kosten hat sie sich noch nicht weit verbreitet.

    Auch die Einführung von Festkörperbatterien in der Produktion von Stromer hat einige Jahre gedauert.

    Die Technologie wurde erfolgreich entwickelt, aber es besteht immer noch die Notwendigkeit, die Kosten für den normalen Verbraucher auf ein erschwingliches Maß zu senken.

    Derzeit kostet die Herstellung von Festkörperbatterien etwa achtmal so viel wie die von Lithium-Ionen-Batterien. Daher werden Festkörperbatterien erst dann zum Einsatz kommen, wenn die Batteriepreise noch weiter sinken, was laut Stromer in den nächsten zwei bis drei Jahren der Fall sein dürfte.

    Die Solid-State-Batterien von Stromer haben den zusätzlichen Vorteil, dass sie auch bei extremen Temperaturen stabil sind. Stromer behauptet, dass sie bei nur -20 Grad Celsius aufgeladen werden können, ein Wert, der in Zukunft bis zu -30 Grad Celsius erreichen könnte.

    Stromer's Solid-State-Batterien - stabil bei extremen Temperaturen

    Vorteile wie bessere Sicherheit, geringere Größe, niedrigere Kosten und verbesserte Energiedichte haben dazu geführt, dass Festkörperbatterien von Batterieherstellern und Fahrzeugherstellern in aller Welt intensiv erforscht und entwickelt werden, und haben Festkörperbatterien zum neuen Hoffnungsträger auf dem Markt gemacht.

    Stellen Sie sich vor, dass Ihr E-Bike mit dieser Art von Batterien ausgestattet ist, Sicherheit von E-Bike-Akkus Fragen wird ein größerer Schutz sein?

    Obwohl Festkörperbatterien viele Vorteile haben, sind die Marktaussichten sehr gut, aber aufgrund verschiedener Probleme, wie z. B. der Festkörperbatterie-Technologie und -Verfahren, ist es noch eine Weile hin, bis sie in großem Maßstab kommerzialisiert werden.

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    Chocolatezhu
    Hallo, ich bin ein erfahrener Autor über Mechanik und ein Experte für Fahrrad- und E-Bike-Technik, der praktische, schön gestaltete Dinge zu schätzen weiß. Und natürlich liebe ich das Radfahren.
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