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Aug 16, 2023

10 Dinge, die Sie über Solid wissen sollten

Festkörperbatterien könnten die Zukunft von Elektroautos sein. Diese Batterien bieten erhebliche Vorteile, aber auch einige Nachteile für Besitzer von Elektrofahrzeugen. Während die Automobilwelt vom Traditionellen abweicht

Festkörperbatterien könnten die Zukunft von Elektroautos sein. Diese Batterien bieten erhebliche Vorteile, aber auch einige Nachteile für Besitzer von Elektrofahrzeugen.

Während die Automobilwelt von traditionellen gasbetriebenen Verbrennungsmotoren zu Elektroautos mit batteriebetriebenen Motoren übergeht, ist die Weiterentwicklung der Batterietechnologie ein Schlüsselfaktor für die Verbesserung des Fahrerlebnisses. Frühe Elektrofahrzeuge nutzten kleinere Lithium-Ionen-Batterien, die unter den Sitzen oder im Kofferraum untergebracht waren und gleichzeitig eine geringe Reichweite boten. Mit zunehmender Reichweite wuchsen auch die Batterien, und der ursprünglich von Tesla genutzte Standort verlagerte sich auf den Boden eines Fahrzeugs.

Aktuelle Lithium-Ionen-Batterien in Elektroautos sind extrem sperrig und schwer. Der nächste logische Schritt in der Batterietechnologie sind Feststoffbatterien. Diese neuen Batterien für Elektrofahrzeuge könnten mehr Energie liefern, weniger empfindlich auf Temperaturschwankungen reagieren und das Gewicht reduzieren. Festkörperbatterien sollen zudem das Risiko einer möglichen Explosion senken. Obwohl diese neuen Batterien mehrere Vorteile bieten, gibt es auch einige Nachteile.

Mithilfe von Informationen von MotorTrend, JD Power und Car and Driver haben wir eine Liste mit 10 Dingen zusammengestellt, die Sie über Festkörperbatterien und deren zukünftige Verwendung in Elektroautos wissen sollten.

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Lithium-Ionen-Batterien nutzen einen flüssigen Elektrolyten zur Speicherung elektrischer Energie. Dieses Material ist extrem entflammbar und der Grund dafür, dass Elektrofahrzeuge bei Kollisionen mit beschädigten Batterien knusprig verbrennen. Durch den Wechsel zur Festkörperbatterietechnologie können die Batterien einen festen Elektrolyten verwenden und die Flüssigkeit in einer Lithium-Ionen-Batterie ersetzen.

Die Verwendung von keramischen Elektrolyten in Batterien im festen Zustand trägt dazu bei, das Dendritenwachstum zu verhindern, wie es in einer Batterie mit flüssigem Elektrolyten der Fall ist. Dadurch wird sichergestellt, dass die Batterie nicht intern kurzgeschlossen wird. Autohersteller können auch Festkörperbatterien in die Struktur eines Fahrzeugs integrieren, was sie viel sicherer macht als Lithium-Ionen-Alternativen.

Die Energiedichte beschreibt, wie viel Strom eine Batterie bei gegebenem Gewicht oder Volumen tatsächlich abgeben kann. Aktuelle Batterien für Elektrofahrzeuge sind extrem schwer und wiegen in den meisten Fällen viel mehr als Verbrennungsmotoren. Eine Umstellung auf neue Batterietechnologie sollte mit einem geringeren Gewicht einhergehen, bedeutet aber auch, dass diese Batterien eine höhere Energiedichte haben müssen als aktuelle Modelle.

Einige Berichte deuten darauf hin, dass diese neuen Festkörperbatterien eine dreimal höhere Energiedichte haben könnten als aktuelle Lithium-Ionen-Zellen. Dies bedeutet, dass Autohersteller die Wahl zwischen Gewichtseinsparungen oder einer Erhöhung der Reichweite von Elektroautos haben könnten. Eine Lithium-Ionen-Batterie mit einem Gewicht von 1.000 Pfund könnte die gleiche Energie liefern wie eine Festkörperbatterie, die nur 333 Pfund wiegt.

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Lithium ist ein Seltenerdmetall und die Lithiumpreise haben sich in letzter Zeit verdreifacht, obwohl sich die weltweite Lithiumproduktion ebenfalls verdreifacht hat. Man könnte meinen, der Ersatz von Lithium-Ionen-Batterien durch Festkörpermodelle würde die Chemie verändern, und das tut es auch, aber nicht in der von Ihnen gewünschten Weise. Festkörperbatterien könnten mehr Lithium verbrauchen als aktuelle Elektrofahrzeugbatterien, was zu einer Materialknappheit führen könnte.

Wie viel mehr Lithium werden neue EV-Batterien verbrauchen? Einige Experten schätzen, dass die benötigte Menge fünf bis zehn Mal so groß sein könnte wie die Menge an Lithium, die für den Bau dieser neuen Batterien benötigt wird. Dies wird die Recyclingbemühungen und die Wiederverwendung aller Batteriematerialien unter Druck setzen.

Aktuelle Elektroautos können an Gleichstrom-Schnellladestandorten bis zu 80 Prozent ihrer vollen Kapazität aufladen. Dieser Grenzwert dient zum Schutz der Batterien, die durch den extremen Elektronenfluss beschädigt werden könnten. Leider verringert sich dadurch die tatsächliche Reichweite während eines Roadtrips. Elektrofahrzeuge mit einer Reichweite von 300 Meilen werden bei Verwendung dieser Ladestationen auf 240 Meilen pro Ladung reduziert.

Der Festelektrolyt dieser neuen Batterien ermöglicht das Laden bis zur vollen Kapazität an öffentlichen Schnellladestationen. Die verkürzten Ladezeiten dieser Batterien in Elektroautos könnten die kurze Zeit, die zum Nachfüllen eines Benzintanks benötigt wird, endlich in Frage stellen. Festkörperbatterien könnten die Ladezeit auf 10 oder 15 Minen verkürzen, verglichen mit der aktuellen Zeit, die zum Aufladen von Lithium-Ionen-Batterien benötigt wird.

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Elektroautos nutzen komplizierte Technik und Batterien. Die Neuheit dieser Technologie bedeutet, an Methoden zum Recycling oder zur Wiederverwendung von Elektrofahrzeugbatterien zu arbeiten. Einige Autohersteller haben Wege gefunden, die verbleibende Energie in Batterien zu nutzen, wenn diese in Autos nicht mehr nützlich sind, während andere daran arbeiten, die Materialien in aktuellen Lithium-Ionen-Batteriepaketen zu recyceln.

Derzeit können viele Materialien in Lithium-Ionen-Batterien recycelt werden. Zu diesen Metallen gehören Nickel, Kobalt, Mangan, Aluminium und Kupfer. Die Herausforderung besteht im Recycling von Graphit und Lithium.

Unter normalen Bedingungen ist das Fahren von Elektroautos absolut sicher. Wenn dies nicht der Fall wäre, gäbe es nicht den verstärkten Druck, mehr Elektrofahrzeuge auf die Straße zu bringen. Wenn die Batterie zu heiß wird oder beschädigt wird, kann eine Kettenreaktion zu einem Brand führen, der das gesamte Fahrzeug erfasst. Die erhöhte Hitze kann durch unsachgemäßes Laden verursacht werden und bei einem Unfall kann es zu Schäden kommen.

Ohne flüssige Elektrolyte können Lade- und Kollisionsschäden minimiert werden, wodurch die Gefahr eines Brandes eines Elektrofahrzeugs erheblich verringert wird. Es besteht immer noch ein gewisses Risiko; Wenn eine Festkörperbatterie beschädigt wird, könnte sie Feuer fangen, aber die geringere Größe und Bauweise ermöglicht es den Automobilherstellern, sie besser zu schützen als aktuelle Lithium-Ionen-Batterien.

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Wenn Feststoffbatterien zur Norm für Elektroautos werden, sind einige Warnungen erforderlich. Es wurde festgestellt, dass sich die Form des Lithium-Elektroakkus zu verändern beginnt, wenn Batterien altern und wiederholt an leistungsstarken Schnellladestationen aufgeladen werden. Sie wachsen auf seltsame organische Weise mit verzweigten Strukturen, die Dendriten genannt werden.

Die Herausforderung bei Dendriten besteht darin, dass sie lang genug werden können, um bis zur anderen Seite des Elektrolyten zu gelangen, was zu einem Kurzschluss im Batteriepack führen würde. Dies könnte die Batterielebensdauer von Festkörperbatterien verkürzen. Autohersteller müssen möglicherweise vor der konsequenten Nutzung von Schnellladestationen warnen. Honda scheint eine Lösung für dieses Problem gefunden zu haben, aber wir müssen sehen, ob und wann sie in Mainsteam-Elektrofahrzeugen umgesetzt wird.

Der Bau von Lithium-Ionen-Batterien dauert lange. Sobald die Zelle aufgebaut ist, beginnt die Füll- und Konditionierungsphase. In dieser Phase muss der flüssige Elektrolyt aufgetragen und sanft geladen und entladen werden, wodurch die Elektroden die Schutzschicht bilden können. Dies ist ein langwieriger Prozess, der die Lieferkette von Batterien zu Elektrofahrzeugen verlangsamen könnte.

Viele Automobilhersteller arbeiten mit einer Just-in-Time-Lieferlogistik, was bedeutet, dass eine bestimmte Anzahl von Teilen zum richtigen Zeitpunkt verfügbar ist, um die Lagerung großer Teilemengen zu vermeiden. Der Unterschied in der Bauzeit zwischen Festkörperbatterien und Lithium-Ionen-Batterien beträgt fast drei Wochen. Stellen Sie sich die verkürzte Montagezeit vor, wenn die Batterien drei Wochen schneller als zuvor hergestellt werden.

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Viele Autohersteller investierten Milliarden von Dollar in Lithium-Ionen-Batteriefabriken in der Nähe von Montagewerken für Elektrofahrzeuge. Die Umstellung auf Festkörperbatterien würde diese Kosten senken und neue Fabriken für den Bau dieser neuen Batterien erfordern. Diese zusätzlichen Investitionen werden wahrscheinlich dazu führen, dass frühe Elektrofahrzeuge mit Festkörpertechnologie teurer sind als solche mit Lithium-Ionen-Batterien.

Die ersten fünf bis zehn Jahre der Nutzung von Festkörperbatterien könnten zu einem Anstieg der Preise für Elektrofahrzeuge führen. Sobald diese Batterien jedoch zur Industrienorm gehören, könnten die Preise sinken und für Autofahrer erschwinglicher werden. Leider sind aktuelle Elektroautos teurer als benzinbetriebene Fahrzeuge; Ein weiterer Anstieg könnte einige Elektrofahrzeuge für viele Verbraucher aus dem Wettbewerb drängen.

Obwohl Toyota den Übergang zu Elektrofahrzeugen nur langsam vorantreibt, hat das Unternehmen an Festkörperbatterien geforscht und behauptet, einen Durchbruch erzielt zu haben. Dieses japanische Unternehmen behauptet, den Produktionsprozess vereinfacht zu haben und könnte bei der Markteinführung von Festkörperbatterien einen großen Sprung nach vorne machen.

Wenn Toyota mit seinen Ansprüchen Maßstäbe setzt, werden Festkörperbatterien günstiger, leichter und energiedichter sein als Lithium-Ionen-Batterien. Toyota könnte im Vergleich zu Tesla, GM oder Ford einen großen Vorteil haben, da das Unternehmen weniger in die Batterietechnologie investiert als andere Unternehmen.

Nathaniel verfügt über neun Jahre Erfahrung als Autoautor. Von Modellrezensionen über Branchenpolitik bis hin zu neuen Innovationen und Entwicklungen deckt er ein breites Themenspektrum ab. Durch sorgfältige Recherche, Liebe zum Detail und den Wunsch, eine Geschichte zu erzählen, entwickelte Nathaniel eine unerwartete Begeisterung für die Berichterstattung über alles, was mit Autos, Lastwagen, SUVs und allem dazwischen zu tun hat.