Aus welchen Materialien werden Batterien für Elektrofahrzeuge hergestellt?

Elektrofahrzeuge (EVs) sind zu einer revolutionären Kraft in der Automobilindustrie geworden und bieten eine umweltfreundlichere und nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor.

Von zentraler Bedeutung für den Erfolg von Elektrofahrzeugen sind ihre fortschrittlichen Batterietechnologien, die im Laufe der Jahre erheblich erforscht und weiterentwickelt wurden.

Diese Batterien sind nicht nur für den Antrieb der Fahrzeuge verantwortlich, sondern spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung ihrer Leistung, Reichweite und Gesamtkosten. Batterien machen in der Regel mehr als die Hälfte des Wertes eines Elektrofahrzeugs aus, daher dürfte eine zuverlässige Versorgung für die Zukunft der britischen Automobilindustrie von entscheidender Bedeutung sein.

1. Lithium-Ionen-Batterien: Das Rückgrat der Elektromobilität
 

Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) sind der am häufigsten verwendete Batterietyp in Elektrofahrzeugen. Ihre Beliebtheit ist auf ihre hohe Energiedichte zurückzuführen, die es ihnen ermöglicht, mehr Energie in einem kleineren und leichteren Paket zu speichern.

Zu den Hauptkomponenten einer Li-Ionen-Batterie gehören:

A. Kathode: Die Kathode besteht typischerweise aus Lithiummetalloxiden wie Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), Lithiummanganoxid (LiMn2O4) oder Lithiumnickelkobaltmanganoxid (LiNiCoMnO2). Die Wahl des Kathodenmaterials beeinflusst die Leistung, Lebensdauer und Kosten der Batterie. Die Kathode ist das teuerste Element und macht bis zu einem Drittel der Kosten einer Batteriezelle aus.

B. Anode: Graphit wird häufig als Anodenmaterial in Li-Ionen-Batterien verwendet. Allerdings wird derzeit an der Entwicklung alternativer Anodenmaterialien wie Silizium geforscht, die eine höhere Energiespeicherfähigkeit bieten können.

C. Elektrolyt: Der Elektrolyt erleichtert die Bewegung von Lithiumionen zwischen Kathode und Anode während des Ladens und Entladens. Herkömmliche Li-Ionen-Batterien verwenden flüssige Elektrolyte, aber Festkörperelektrolyte sind in der Entwicklung, um die Sicherheit und Energiedichte zu erhöhen.

2. Nickelbasierte Batterien: Steigerung der Energiedichte
Nickelbasierte Batterien haben in den letzten Jahren aufgrund ihrer höheren Energiedichte im Vergleich zu herkömmlichen Li-Ionen-Batterien an Bedeutung gewonnen.

Diese Batterien haben in der Regel einen höheren Nickelgehalt in der Kathode, beispielsweise aus Nickel-Kobalt-Aluminium (NCA) oder Nickel-Mangan-Kobalt (NMC). Mit einem höheren Nickelgehalt bieten diese Batterien verbesserte Energiespeicherfähigkeiten, was zu einer größeren Reichweite von Elektrofahrzeugen führt.

3. Festkörperbatterien: Wegweisend für die Zukunft
Festkörperbatterien sind eine vielversprechende Technologie der nächsten Generation, die darauf abzielt, flüssige Elektrolyte durch feste Materialien zu ersetzen.

Durch die Verwendung von Festelektrolyten bieten diese Batterien eine erhöhte Sicherheit, eliminieren das Risiko eines Auslaufens und bieten eine noch höhere Energiedichte. Materialien wie Lithiumkeramik, Sulfide oder Polymere werden für den Einsatz in Festkörperbatterien untersucht.

4. Lithium-Schwefel-Batterien: Leichter und energiedichter
Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) haben das Potenzial, die Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge zu revolutionieren. Sie sind unglaublich leicht und verfügen über eine noch höhere theoretische Energiedichte als Li-Ionen-Batterien.

Li-S-Batterien verwenden Schwefel als Kathodenmaterial und Lithiummetall oder Lithiumionen als Anodenmaterial. Allerdings müssen noch Herausforderungen im Zusammenhang mit der Lebensdauer und Sicherheit angegangen werden, bevor sie in Elektrofahrzeugen weit verbreitet werden können.

5. Andere Materialien: Alternativen erkunden
Forscher erforschen kontinuierlich alternative Materialien, um die Batterieleistung und Nachhaltigkeit zu verbessern.

Zu diesen Materialien gehören Lithium-Luft-, Natrium-Ionen- und Magnesium-Ionen-Batterien. Obwohl sich diese Alternativen noch in einem frühen Entwicklungsstadium befinden, haben sie das Potenzial, die Batterien von Elektrofahrzeugen in Zukunft noch effizienter und kostengünstiger zu machen.

Batterien für Elektrofahrzeuge haben einen langen Weg zurückgelegt, aber ihre Entwicklung ist noch lange nicht abgeschlossen.

Die zur Herstellung dieser Batterien verwendeten Materialien spielen eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung der Leistung, Sicherheit und Umweltauswirkungen von Elektrofahrzeugen.

Während Lithium-Ionen-Batterien auch heute noch die vorherrschende Technologie sind, konzentrieren sich laufende Forschung und Entwicklung auf die Verbesserung der Energiedichte, Sicherheit und Nachhaltigkeit durch den Einsatz von Nickel-, Festkörper-, Lithium-Schwefel- und anderen innovativen Batteriechemien.

Mit fortschreitenden Fortschritten können wir davon ausgehen, dass Elektrofahrzeuge noch zugänglicher, effizienter und umweltfreundlicher werden und den Weg für eine sauberere und nachhaltigere Zukunft im Transportsektor ebnen, und Großbritannien wird dabei im Mittelpunkt stehen.

In den heutigen Nachrichten hat Jaguar Land Rover-Eigentümer Tata Pläne zum Bau seiner Flaggschiff-Batteriefabrik für Elektroautos in Großbritannien bestätigt.

Das neue Werk in Somerset wird voraussichtlich 4.000 Arbeitsplätze in Großbritannien und Tausende weitere in der gesamten Lieferkette schaffen. Tata sagte, es werde 4 Milliarden Pfund in den Standort investieren, es wird jedoch davon ausgegangen, dass die Regierung Subventionen im Wert von Hunderten Millionen Pfund bereitstellt.

Das Werk gilt als die wichtigste Investition in die britische Automobilbranche seit der Einführung von Nissan in den 1980er Jahren! Wir hoffen, dass dies die Tür für weitere Batterieinvestitionen im Vereinigten Königreich öffnet, aber die Zeit wird es zeigen.