Silizium bringt einige Vorteile gegenüber bekannten Materialien in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien mit sich. So ist die Rede davon, dass längere Laufzeiten, größere Reichweiten und kürzere Ladevorgänge mit Silizium-Akkus möglich sind. Allerdings gab es bisher ein Problem: die mechanische Instabilität des Materials machte es beinah unmöglich es für die Speichertechnologie zu nutzen.
Ende April haben wir bereits darüber berichtet, dass ein Forschungsteam vom Institut für Materialwissenschaft der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) in Zusammenarbeit mit der Firma RENA Technologies GmbH Anoden aus 100 Prozent Silizium sowie ein Konzept für ihre industrielle Herstellung entwickeln möchte.
Siliziumanoden haben das Potenzial, die Lithium-Ionen-Speicherkapazität von Kohlenstoffanoden weit zu übertreffen, wenn sie nur nicht so sehr die Größe verändern würden, wie sie die Ionen absorbieren – denn dieses physikalische Quellen und Schrumpfen zerstört schnell die Struktur jeder Si-Li-Ionen-Batterie. Bisher hat es aber sowohl das zuvor angesprochene Forschungsteam, als auch andere Unternehmen nicht geschafft, die Silizium-Akkus vom Quellen und Schrumpfen abzuhalten.
Das Department of Energy Technology (IFE) scheint nun allerdings Fortschritte gemacht haben. Laut eigener Aussage habe man eine Technologie entwickelt, mit der die drei bis fünffache Ladekapazität der Anode im Vergleich zur heutigen „Common Graphite Technology“ erreicht werden kann. Derzeit sei man dabei, die Technologie zu patentieren.
„Wir haben getestet, dass es im Labormaßstab mit guten Ergebnissen funktioniert. Nachdem wir nun die Unterstützung des Forschungsrates im FORNY2020-Programm erhalten haben, werden wir es mit internationalen Industriepartnern weiter testen und sehen, ob es in ihren industriellen Prozessen funktioniert. Das Projekt, das sich darauf konzentriert, das neue Material auf den Markt zu bringen, haben wir SiliconX genannt.“ – Marte Skare, Projektforscherin IFE
IFE setzt bei der neuartigen Technologie auf sogenannte Nanopartikel, welche das Silizium gemeinsam mit einem anderen, nicht genannten Material umgeben. Bezeichnet wird dieser Aufbau als Matrix. Die sogenannte Matrix hilft Silizium, der großen Volumenveränderung standzuhalten, die es durchläuft, wenn es entladen und entladen wird. Mit der entwickelten Methode erhalten die Batterien eine erhöhte Stabilität im Austausch gegen einen Teil der Siliziumkapazität. Da dies jedoch anfangs so groß ist, hat es am Ende ein Material mit 3x bis 5x höherer Kapazität als der Graphit, der in heutigen Batterien verwendet wird. Geführt wird das Projekt unter der Bezeichnung SiliconX.
Quelle: ElectronicsWeekly.com – Has Norway discovered the X factor for silicon-Li-ion cells
Hier geht es nur noch um die Prozesstechnologie in der Zellproduktion, nicht mehr um die Funktion der Zelle!!
Die Forscher sind optimistisch, dass das auch sehr schnell skalierfähig gelöst werden kann. An dieser Technologie wird weltweit an mindestens 5 hochqualifizierten Universitäten, Forschungseinrichtungen und Entwicklungsabteilungen von Herstellern und Industriepartnern geforscht.
Daher gehe ich von einem Zeitraum von drei Jahren aus, bis die ersten Fabriken geplant werden können, die auf der Basis von Altglas Batteriezellen herstellen können. Markteintritt dürfte dann in ca. 6-7 Jahren sein.
Dann werden Akkus zu Preisen von 20-40 Euro/kwh realistisch.
Parallel ist dann der Feststoff-Akku Marktreif und wird ca. 4-6 Jahre später eine nennenswerte Marktbedeutung erreichen. Die Investoren kämpfen dann ja vor allem gegen die preiswerten Silizium-Lösungen.
Reichweiten von 1000 km und mehr sind dann preiswert ohne Probleme machbar. Und Kleinwagen mit Reichweiten von 300-500 km zu Preisen von unterhalb 15.000 Euro sind dann Standard.
Gleichzeitig sind wir dann bei den ersten Zulassungsverboten für Verbrenner angekommen und die Gebrauchtwagen dieser Alt-Technologie haben dann keinen Marktwert mehr.