17 Batterie-Startups sind bereit, den bahnbrechenden Anforderungen der Autohersteller gerecht zu werden

Die Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge ist gut, kann aber noch besser sein.

Die aktuellen hochmodernen Lithium-Ionen-Batterien für Standard-Pkw bieten eine Reichweite von etwa 300 Meilen und Ladegeschwindigkeiten von 15 bis 20 Meilen pro Minute. Das ist viel besser als noch vor ein paar Jahren, aber nicht das, was es sein müsste, um eine breite Akzeptanz zu fördern, um die CO2-Emissionsziele und die bundesstaatlichen Elektrifizierungsziele zu erreichen.

„Die eigentliche Schwierigkeit und der technologische Elefant im Raum besteht darin, dass es derzeit wirklich keine Technologie gibt, die drastisch niedrigere Kosten auf der Batterieseite liefern und eine breite Einführung von Elektrofahrzeugen ermöglichen kann“, sagte Charlotte Hamilton, Mitbegründerin und CEO des Startups Conamix. „Bestehende Technologien sind aufregend, aber es ist sehr schwierig, sie wesentlich kostengünstiger zu machen. Es braucht wirklich neue Materialien, bevor es zu dramatischen Preissenkungen bei Elektrofahrzeugen kommt.“

Die Suche nach einem Ersatz für Kobalt – giftig und immer schwerer zu bekommen – ist eine Strategie, die Autohersteller und ihre Batteriepartner verfolgen, aber es ist möglicherweise nicht mehr genug Saft übrig, den Ingenieure aus den Standard-Lithium-Ionen-Chemikalien herausholen könnten.

„Alle Augen sind auf Siliziumanoden gerichtet, die uns auf die nächste Stufe bringen“, sagte Michelle Tokarz, Vizepräsidentin für Partnerschaften und Innovation bei der Coretec Group, auf einer vom Argonne National Laboratory veranstalteten Konferenz im März.

Die Verwendung von Silizium an der Batterieanode bietet eine höhere Energiedichte als die Verwendung von Graphit und bietet möglicherweise eine größere Reichweite. Aber die Eigenart der Physik, die seine Energiedichte erhöht, bedeutet auch, dass Silizium anfällig für Schwellungen ist, was zu Rissen führt – ein Problem, das Coretec und andere Startups zu lösen versuchen.

Sogenannte „Festkörper“-Chemikalien auf Lithiumbasis sind ebenfalls ein guter Kandidat, um eher früher als später bei den Händlern zu landen. Sie sind leichter und stabiler als ihre Gegenstücke mit flüssigem Elektrolyt und verwenden Materialien wie Keramik oder komplexe Polymermischungen, um eine höhere Energiedichte, schnelleres Laden und eine längere Lebensdauer zu erreichen.

Natürlich sind die Kosten aufgrund der Seltenheit von Lithiumvorkommen hoch, und Batterien, die auf einem häufiger vorkommenden Element basieren, wären willkommen. Natrium ist zwar experimenteller, aber überall zu finden und seine Gewinnung ist umweltfreundlicher. Allerdings „ist die Zyklenstabilität von Hochspannungs-Natriumionenbatterien derzeit noch nicht so gut wie die von hochmodernen Lithium-Ionen-Batterien“, sagte Jason Zhang, Forscher am Pacific Northwest National Laboratory, und fügte hinzu, dass dies auch bei der Energiedichte der Fall sein müsse verbessert werden.

Lernen Sie 17 Unternehmen kennen, die an neuen Batteriedesigns arbeiten, die das Potenzial für bessere Leistung und geringere Kosten bieten.

Hauptsitz: Alameda, Kalifornien

CEO: Gene Berdichevsky

Der Ruf von Sila Nanotechnologies im Bereich der Elektrofahrzeugbatterien besteht darin, dass anstelle von Graphit eine Siliziumanode verwendet wird, die typischerweise die Basis heutiger Lithium-Ionen-Anoden darstellt.

Das 11 Jahre alte Unternehmen wird von einem ehemaligen Tesla-Mitarbeiter geführt und verbessert die Energiedichte, die in der heutigen Batteriechemie und -konstruktion zu finden ist, und ermöglicht es Autoherstellern, die richtigen Materialien für ihre Anforderungen auszuwählen. Es kann auch in bestehenden Batterieherstellungsprozessen eingesetzt werden.

Das Siliziummaterial, das Sila verwendet, wird letztendlich von anderen Innovationen profitieren, beispielsweise durch mehr Eisen und Kupfer anstelle von Nickel und Kobalt in Kathoden, Keramik- statt Polymerseparatoren und verbesserten Elektrolyten.

Die erste Anwendung der Technologie von Sila erfolgte in Whoop-Fitnessbändern.

Hauptsitz: Fremont, Kalifornien

CEO: Harrold Rust

Enovix wurde 2007 gegründet und entwickelt eine 3D-Lithium-Ionen-Batterie mit Siliziumanode. Wie viele andere hat auch Enovix die Vorteile genutzt, die Siliziumanoden für eine Batterie mit sich bringen. Siliziumanoden können viel mehr Lithium speichern als Graphit, was einer Batterie mehr Energie verleiht.

Ein Großteil der Arbeit von Enovix geht über die Chemie der Zelle selbst hinaus. Das 3D-Design bietet Vorteile, insbesondere im Hinblick auf die Sicherheit.

Das Unternehmen arbeitet an der Skalierung seiner Lösungen, die derzeit für Brillen, Wearables, Mobiltelefone und Computer verfügbar sind, auf den EV-Bereich.

Hauptsitz: Louisville, Colorado

CEO: Doug Campbell

Das 11 Jahre alte Startup Solid Power nutzt eine Solid-State-Formel, um Autoherstellerkunden zu umwerben.

Die Alternative von Solid Power zu Lithium-Ionen-Batterien verwendet Festelektrolyte auf Sulfidbasis, die Leitfähigkeit und Verarbeitbarkeit innerhalb einer EV-Batteriezelle ausgleichen.

Solid Power sagt, dass dies das Volumen des Akkupacks verringert, die Packmasse reduziert, eine größere Reichweite pro Akkuladung ermöglicht und die Kosten senkt.

Das Unternehmen ging im Rahmen eines SPAC-Deals über 1,2 Milliarden US-Dollar an die Börse und wurde von den Autogiganten Ford und BMW unterstützt.

Hauptsitz: San Jose, Kalifornien

CEO: Jagdeep Singh

Das Geheimnis von QuantumScape, das seit langem von Volkswagen unterstützt wird, liegt in der Festkörper-Lithium-Metall-Chemie.

Laut QuantumScape sind die Verwendung eines festen Keramikseparators, der nicht brennbar ist und nicht brennt, und ein Batterieaufbau, der keine Anode erfordert, was die Kosten senkt, zwei Hauptvorteile, die seine Technologie gegenüber den heutigen Nickel-Mangan-Kobalt- und LFP-Batterien verbessern .

Laut QuantumScape erhöht das Schneiden der Graphit- oder Siliziumanode die Energiedichte, während der Verzicht auf Lithium eine schnellere Aufladung ermöglicht.

Das Unternehmen ging im November 2020 über SPAC an die Börse.

Hauptsitz: Woburn, Massachusetts

CEO: Siyu Huang

Factorial wurde 2019 gegründet und entwickelt eine Festkörpertechnologie, die sich nach eigenen Angaben mit dem Gleichgewicht zwischen Energiedichte und Reichweite, Ladung und Sicherheit befasst.

Die „Elektrolytsystemtechnologie“ von Factorial nutzt ein festes Elektrolytmaterial in der Batterie des Elektrofahrzeugs. Dies verleiht einer Batteriezelle eine sicherere und zuverlässigere Leistung, insbesondere bei Kathoden- und Anodenmaterialien mit hoher Kapazität.

Das Unternehmen entwickelt gemeinsam mit Hyundai und Kia Festkörperbatterien für Elektrofahrzeuge der nächsten Generation. Darüber hinaus bestehen Vereinbarungen mit Mercedes und Stellantis.

Hauptsitz: Irvine, Kalifornien

CEO: Robert Range

Enevate lizenziert Technologie für Lithium-Ionen-Zellen mit einem siliziumdominierten Anodenansatz.

Aufgrund der Si-dominanten Technologie und des Zelldesigns packt Enevate laut Enevate mehr Energie in eine einzelne Batteriezelle, als mit einer Graphitanode einfach nicht untergebracht werden kann.

Mit dieser Formel verspricht Enevate ultraschnelles Laden, niedrigere Temperaturen, verbesserte Sicherheit und letztendlich geringere Kosten.

Das 17 Jahre alte Unternehmen demonstriert wie Sila seine Formel zunächst im Bereich der Verbrauchertechnologie, indem es Zweiräder elektrifiziert. Es wird von großen Namen wie der Renault-Nissan-Mitsubishi-Allianz unterstützt.

Hauptsitz: Novi, Michigan

CEO: Mujeeb Ijaz

Mit der Dual-Chemie-Gemini-Batterie von ONE kann eine Batterie mit einer einzigen Ladung 600 Meilen oder mehr zurücklegen.

Laut ONE nutzt die kombinierte Chemie eine Chemie zur Energiespeicherung (unter Nutzung von Lithium, Mangan und Sauerstoff) und eine andere zur Energieversorgung unter Verwendung von Lithium, Eisen, Phosphor, Sauerstoff und Kohlenstoff.

Es verbraucht 60 % weniger Graphit und 20 % weniger Lithium als der Industriestandard. Diese Technologie wird in den vollelektrischen SUV BMW iX integriert.

ONE hat außerdem den Aries entwickelt, eine kompakte Cell-to-Pack-Architektur für eine Nutzfahrzeug-LFP-Batterie, die zugänglichere Materialien verwendet als solche, die knapp sind. Die Chemie des Widders verringert das Risiko thermischer Zwischenfälle, verzichtet auf Nickel und Kobalt und zersetzt sich nicht, wie es bei vielen heutigen Batterien der Fall ist, nach dem Aufladen auf 100 %. ONE plant, dies im nächsten Jahr in Serie zu bringen.

Hauptsitz: Woburn, Massachusetts

CEO: Qichao Hu

SES hat eine „Hybrid“-Technologie entwickelt, die eine Lithiummetallanode mit hoher Energiedichte, eine schützende Anodenbeschichtung, einen proprietären flüssigen Elektrolyten und künstliche Intelligenz kombiniert.

Seine Apollo-Lithium-Metall-Batterie ist immer noch durch Größenbeschränkungen begrenzt, da sie die Größe hat, die normalerweise für iPhones benötigt wird, aber das Unternehmen arbeitet daran, sie zu testen und auf die Größe zu skalieren, die für die Stromversorgung eines Elektrofahrzeugs erforderlich ist.

SES wurde 2012 als Spin-out des Massachusetts Institute of Technology gegründet, wurde von Autoherstellern wie GM und Hyundai unterstützt und ging mit einer SPAC-Fusion an die Börse.

Hauptsitz: Fremont, Kalifornien

CEO: Kang Sun

Amprius wurde 2008 gegründet und stellt eine „Nanodraht“-Anode aus Silizium für Lithium-Ionen-Batterien her.

Dies alles im Namen einer höheren Energiedichte, eines schnelleren Ladens und einer längeren Lebensdauer der Batterie.

Das Unternehmen geht dieses Jahr über SPAC an die Börse.

Hauptsitz: Livermore, Kalifornien

CEO: Sanjiv Malhotra

Das Ziel von Sparkz ist die Herstellung kobaltfreier Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte in den USA.

Das 2019 gegründete erste Produkt von Sparkz zielt darauf ab, Kobalt zu eliminieren, das traditionell in der Kathode einer Lithiumbatterie verwendet wird. Laut Sparkz bietet seine Technologie die doppelte Energiedichte der derzeit in China entwickelten kobaltfreien Batterien.

Der Verzicht auf Kobalt wird auch die Produktionskosten von Batterien senken, den Einsatz problematischer Bergbaupraktiken für Materialien reduzieren und letztendlich dazu beitragen, die Abhängigkeit der Branche von einer globalen Lieferkette zu verringern.

Sparkz entwickelt außerdem kobaltfreie Festkörperbatterien.

Hauptsitz: Sheffield, Vereinigtes Königreich

CEO: James Quinn

Faradion hat eine nichtwässrige Natrium-Ionen-Chemie entwickelt, die angeblich „Lithium-Ionen-Leistung zu Blei-Säure-Preisen“ bietet.

Natriumionenzellen können Blei-Säure-Batterien in kostengünstigen Transportmitteln wie E-Scootern, in stationären Speicheranwendungen und in Notstromsystemen ersetzen. Die Technologie könnte möglicherweise auf Mild-Hybrid-Elektrofahrzeuge angewendet werden.

Faradion wurde 2011 gegründet und zielt auf Verbesserungen bei Kosten, Sicherheit und Leistung ab.

Anfang des Jahres wurde es von Reliance New Energy Solar, einer Tochtergesellschaft eines großen Privatunternehmens in Indien, gekauft.

Hauptsitz: Ithaca, New York

CEO: Charlotte Hamilton

In ihren Anfangsstadien nutzt die Batterietechnologie von Conamix Schwefel zur Herstellung der Kathode bzw. der positiven Elektrode in der Lithium-Ionen-Reaktion.

Auch wenn der Nachweis dieser Chemie bisher schwierig war, behauptet das acht Jahre alte Unternehmen, dass Schwefel das „kostengünstigste und energieeffizienteste Kathodenmaterial im Periodensystem“ sei.

Durch den Einsatz einer Schwefelkathode für Lithium-Ionen-Batterien kann auf Nickel und Kobalt verzichtet werden. Schwefel ist reichlich vorhanden, kann im Inland bezogen werden und ist relativ kostengünstig.

Das Unternehmen arbeitet daran, die für Automobilanwendungen erforderlichen technischen Ziele zu erreichen, was die Kosten drastisch senken und eine breite Einführung von Elektrofahrzeugen ermöglichen könnte.

Hauptsitz: Chicago, Illinois

CEO: Francis Wang

Laut NanoGraf könnte die Siliziumanodentechnologie dafür sorgen, dass Elektrofahrzeuge mit einer einzigen Ladung etwa 28 % länger halten als heutige Batterien.

Was das 10 Jahre alte Unternehmen besonders ungewöhnlich macht, ist, dass es ein „Nasschemieverfahren“ verwendet, das seiner Aussage nach viel kostengünstiger ist und sich leicht skalieren lässt, wenn es in bestehende Batterieherstellungsanlagen integriert wird.

Diese Technologie kann in die für E-Bikes beliebten Lithium-Ionen-Zellen integriert werden, die im Tesla Model S und X zum Einsatz kommen.

Das Ergebnis ist die Zelle mit der höchsten Energiedichte, die bisher verfügbar ist, sagt NanoGraf.

Hauptsitz: Redmond, Washington

CEO: Todd Peters

BrightVolt wurde 1998 gegründet und entwickelt Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien auf Polymerelektrolytbasis.

Das Unternehmen gibt an, dass seine Zellen nur zwei statt drei Komponenten benötigen, was ihre Herstellung erleichtert, und dass sein Polymer als Klebstoff fungiert, um die Batterien dünn und flexibel zu halten.

Bisher wurden Investitionen von Caterpillar Ventures, dem VC-Zweig des Baumaschinenherstellers, angezogen.

Hauptsitz: Taoyüan, Taiwan

CEO: Vincent Yang

Die Festkörper-Lithium-Keramik-Batterietechnologie von Prologium soll mehr Energie speichern und in verschiedenen Geräten bei unterschiedlichen Temperaturen verwendet werden.

Bisher wurden 873 Millionen US-Dollar eingesammelt, einschließlich der Investition des aufstrebenden vietnamesischen Elektrofahrzeugherstellers VinFast.

Das Unternehmen gab Anfang des Jahres eine Vereinbarung zur Entwicklung von Zellen mit Mercedes bekannt, die in den kommenden Jahren in den Testfahrzeugen des Autoherstellers eingesetzt werden könnten.

Hauptsitz: Woodinville, WA

CEO: Rick Lübbe

Das in Washington ansässige Startup Group14 stellt ebenfalls einen Silizium-Verbundwerkstoff her, der Graphit ersetzen soll. Was dieses Unternehmen jedoch auszeichnet, ist seine Konzentration auf die inländische Lieferkette.

Die Befürchtung, dass hier in den USA nicht genügend Material für die Batterien von Elektrofahrzeugen zur Verfügung steht, dominiert die Gespräche der Automobilhersteller, insbesondere in diesem Jahr, da die Produktion der Fahrzeuge hochgefahren wurde. Deshalb eröffnete Group14 eine inländische kommerzielle Produktionsstätte in Woodinville, in der Nähe von Seattle.

Das Silizium-Kohlenstoff-Pulver von Group14 bietet eine bessere Leistung als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien und ist mit der Chemie von Lithium- und Festkörperbatterien kompatibel.

In einer von Porsche angeführten Runde wurden Anfang des Jahres 400 Millionen US-Dollar eingesammelt.

Hauptsitz: Ann Arbor, Michigan

CEO: Matthew Kappers

Coretec arbeitet speziell an neuartigen Silizium-Nanomaterialien, die an der Anode von Lithium-Ionen-Batterien platziert werden sollen.

Coretec ist bereits ein Akteur in der Herstellung von Silizium-Dünnfilmen und Nanodrähten auf der Basis von Cyclohexasilan, seiner flüssigen Siliziumverbindung, die als Ausgangsmaterial für Siliziumherstellungsanwendungen verwendet wird, und befindet sich gerade erst ein Jahr in seinem Endurion-Batterieprojekt.

Das Unternehmen sucht einen Partner, der bei der Herstellung von Anoden hilft.

Andrew Han trug zur Berichterstattung bei.

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