Ende September fand der Battery Day von Tesla statt, bei dem den Anlegern bevorstehende Projekte und Innovationen angekündigt werden. Es gab zwei erwartete Ankündigungen: die Millionen-Kilometer-Batterie und einem Batteriepreis von $100/kWh, dem Preis, bei dem Elektrofahrzeuge nach Meinung von Analysten offiziell mit Verbrennungsmotoren gleichziehen würden.
Zwar wurde keine offizielle Ankündigung einer Batterie mit einer Million Kilometer Reichweite gemacht, doch gab Tesla bekannt, dass das Unternehmen innerhalb der nächsten drei Jahre eine Batterie auf den Markt bringen will, die nur $60/kWh kostet - zwei Jahre früher, als Experten erwarten, dass eine Batterie zu diesem Preis auf den Markt kommen wird. Nach Angaben des Unternehmens wird dieser Preis durch die Senkung der Herstellungskosten für die Batterie ermöglicht. Tesla beabsichtigt nicht nur, die Batterieproduktion in das eigene Haus zu verlagern und eine vollständige vertikale Integration durchzuführen, sondern auch ein neu patentiertes Batteriedesign zu nutzen, um die Kosten zu senken.
Alles in allem hat Tesla einen Fünf-Stufen-Plan zur Verbesserung der Batterien vorgestellt.
Gestaltung der Zelle
Eine der wichtigsten Änderungen, die Tesla vornimmt, um sein Ziel zu erreichen, ist die Entwicklung einer Batterie ohne Tabs.
Tesla hat vor kurzem ein Patent für sein neues Batteriedesign angemeldet, bei dem die Laschen, die die Elektroden mit der Energieladung verbinden, wegfallen. Diese Zellstruktur hat angeblich mehrere Vorteile: einfachere Herstellung, weniger Teile und eine fünffache Reduzierung des elektrischen Weges, was bedeutet, dass die Energie schneller und effizienter fließen kann.
Aber wie würde diese Technologie diese Ziele erreichen? Das derzeitige Design einer zylindrischen Batteriezelle besteht aus Schichten von Kathoden- und Anodenmaterial, die durch eine Separatorschicht getrennt und zu einem Zylinder gerollt sind. Mit den Kathoden- bzw. Anodenschichten sind Laschen verbunden, die zum Anschluss an die Last herausragen.
Bei Teslas neuem Batteriedesign werden die Kathoden- und Anodenfolien in einem schindelartigen Spiralmuster angeordnet. Das Anordnungsmuster vergrößert die Oberfläche des aktiven Materials, die es berührt, was eine schnellere Bewegung der Ionen innerhalb der Zelle ermöglicht.
Bei der herkömmlichen Batteriekonstruktion stellen die Elektrodenlaschen ebenfalls ein Engpassproblem dar, da die Ionen nur einen einzigen Weg zur Ladung nehmen können. Durch das Entfernen der Lasche wird der ohmsche Widerstand verringert, so dass die Energie effizienter übertragen werden kann. Außerdem wird die Gefahr einer Wärmeentwicklung in bestimmten Bereichen der Batterie aufgrund einer Konzentration chemischer Aktivitäten verringert. Durch das neue Design können diese Reaktionen gleichmäßig in der Zelle verteilt werden, wodurch die Möglichkeit einer Überhitzung verringert wird.
Herstellung von Zellen
Der nächste Schritt in Teslas Plan, seine Batterien zu modernisieren, ist die Herstellung der Zellen. Dies bedeutet eine Vereinfachung des Prozesses sowie eine Verringerung des CO2-Fußabdrucks und des Energieverbrauchs.
Derzeit werden die meisten Batterieelektroden in einem Nassverfahren hergestellt, bei dem das Elektrodenpulver mit Wasser oder einem anderen Lösungsmittel vermischt und anschließend in einem Ofen getrocknet wird.
Tesla ist dabei, ein Trockenverfahren zu perfektionieren, bei dem das Elektrodenpulver direkt in Folie umgewandelt wird. Elon Musk erklärte, dass dieses Verfahren sehr viel komplexer ist, aber sobald es perfektioniert ist, würde es einen sehr viel einfacheren Herstellungsprozess und eine Verringerung des Energieverbrauchs im Prozess bedeuten.
Anodenmaterialien
Tesla ist, wie viele Batteriehersteller und -forscher, daran interessiert, Silizium als Ersatz für Graphit für die Batterieanode zu verwenden. Es ist nicht nur kostengünstig, sondern auch in der Erdkruste reichlich vorhanden, was es auf lange Sicht zu einer nachhaltigeren Wahl macht. Silizium hat im Vergleich zu Graphit eine 9-fach höhere Elektronenkapazität, was bedeutet, dass es eine viel höhere Energiekapazität hat. Es ist jedoch bekannt, dass es sich in der Zelle ausdehnt und nach einer Reihe von Zyklen abbaut, wodurch die Batterie veraltet.
Um dem entgegenzuwirken, wird Tesla nach eigenen Angaben Rohsilizium und eine elastische, ionenleitende Polymerbeschichtung zur Stabilisierung des Materials verwenden. Theoretisch würde dies die Reichweite eines Elektrofahrzeugs um 20% erhöhen.
Kathodische Materialien
Derzeitige Batterien verwenden Kobalt als Kathodenmaterial wegen seiner Stabilität und hohen Energiedichte. Tesla hatte jedoch bereits zuvor den Wunsch geäußert, dieses Metall aufgrund seiner Toxizität und seines Abbaus, der häufig mit Menschenrechtsverletzungen in Verbindung gebracht wird, nicht mehr zu verwenden. Stattdessen sprach Musk davon, sich auf Nickel als Alternative zu konzentrieren. Nickel ist billiger und hat eine hohe Energiedichte, ist aber an sich instabil. Das Unternehmen arbeitet daran, das Material zu stabilisieren, was letztendlich dazu beitragen würde, die Batteriekosten zu senken.
Tesla will sich nicht durch die Verfügbarkeit von Nickel einschränken lassen und plant einen flexiblen Ansatz für das in seinen Batterien verwendete Material, indem es je nach Anwendung andere Metalle wie Eisen und Magnesium für seine Energiespeicherlösungen verwendet.
Handy-Fahrzeug-Integration
Der letzte Schritt in Teslas Plan besteht darin, das Batteriepaket direkt in die Struktur des Fahrzeugs zu integrieren. Unter dem Begriff "strukturelle Batterien" hat das Elektrofahrzeug-Batterie Pack ist nicht nur ein Energiespeicher, sondern auch ein integraler Bestandteil der Fahrzeugstruktur. Dadurch soll die Masse des Fahrzeugs verringert und die Reichweite erhöht werden, indem die Zellen dichter gepackt werden können, ohne dass eine zusätzliche Struktur erforderlich ist.
Auch wenn es noch einige Jahre dauern wird, bis Teslas Vision Wirklichkeit wird, so ist es doch spannend zu sehen, wie diese Innovationen die EV- und Energiespeicherbranche weiter herausfordern werden, da Tesla und der Rest der Welt sich auf die Einführung umweltfreundlicherer und sauberer Technologien freuen.
