Aufgrund des Verbraucherinteresses und der Nachhaltigkeitsziele ist die Nachfrage nach Elektrofahrzeugen stark gestiegen. Bis 2030 möchten die USA einen 50%igen Anteil von Elektroautos am Gesamtmarkt erreichen – die Rohmaterialien und Komponenten für Elektrofahrzeugbatterien werden jedoch zu 99 % außerhalb des Landes produziert.^{1, 2} Die Beschaffung von im Ausland hergestellten Materialien und Batterien hat bereits zu branchenweiten Problemen geführt. Russlands Invasion in die Ukraine führte zu einer Instabilität des Markts, durch die der Preis für Nickel, einem Hauptmaterial bei der Batterieherstellung, im März 2022 extrem anstieg.³

Produzenten von Elektrofahrzeugen gehen nicht davon aus, dass sich der globale Handel in absehbarer Zeit stabilisiert. Markus Duesmann, Vorstandsvorsitzender der Audi AG im Volkswagenkonzern, teilte der New York Times mit: „Rohmaterialien werden noch viele Jahre ein Problem sein.“⁴

Die US-Regierung möchte daher neue Ansätze einer nachhaltigen inländischen Batterieversorgung fördern. Ein 2022 verabschiedetes parteiübergreifendes Infrastrukturgesetz stellt 7 Milliarden US-Dollar bereit, um eine US-amerikanische Batterielieferkette mit geringeren Kosten, weniger Unterbrechungen und schnellerer Produktion aufzubauen.⁵

Die Zukunft der inländischen Batterieproduktion liegt jetzt in den Händen der Batterieforscher und -hersteller. Die Branche der Elektrofahrzeugbatterien führt derzeit neue Techniken und Technologien ein, um das Unmögliche möglich zu machen: verlässliche Batterien ohne Abhängigkeit vom Ausland zu produzieren. Im Folgenden ist aufgeführt, wie führende Hersteller von Elektrofahrzeugbatterien die nachhaltige inländische Batterieproduktion weiterentwickeln und welche kritische Rolle dabei Analysetechniken spielen.

Führende Hersteller von Originalersatzteilen wenden sich zunehmend der Eigenproduktion von Batterien zu, um die Probleme mit der Versorgungskette zu umgehen und Kosten zu reduzieren. Dr. Mei Cai, Director of Battery Cell Systems Research bei General Motors F&E, sprach auf dem International Battery Seminar and Exhibit 2022 in Orlando, Florida, USA, über die Aktivitäten von GM im Bereich der Batterieherstellung.

Dr. Cai erklärte, dass die Toppriorität von GM in Bezug auf die Entwicklung von eigenen Batterien die Energiedichte ist, d. h. wie viel Energie Batterien bei möglichst geringem Gewicht speichern können. Eine erhöhte Energiedichte führt zu geringeren Kosten. Das Team erforscht dabei feste Lithium-Anoden und feste Elektrolyt-Interphasen, um die höchste Energiedichte bei geringstmöglichen Kosten zu erreichen. Sobald GM Erfolg bei der Batterieentwicklung hat, möchte das Unternehmen das Batteriedesign auch außerhalb von Elektrofahrzeugen monetarisieren.

Wie können Batteriehersteller das Rennen um die inländische Produktion kosteneffizienter, energiedichter Batterien gewinnen? Thermoanalyse bietet wichtige Einblicke bei der Auswahl wirksamer Materialien und dem Batteriedesign. Die Gewährleistung der Batteriesicherheit und -leistung unter unterschiedlichen Bedingungen mithilfe der Thermoanalyse ist der erste Schritt, um funktionale, revolutionäre Batteriedesigns zu schaffen. Rheologie wird zur Optimierung von gebrauchten Batterieschlamm-Formulierungen eingesetzt, einem wichtigen Schritt, um Stabilität und Verarbeitbarkeit bei der Elektrodenherstellung zu gewährleisten.

Da momentan eine starke Nachfrage nach den Materialien konventioneller Lithium-Ionen-Batterien (Lithium, Kobalt, Nickel und Graphit) herrscht, suchen Batterieforscher nach nachhaltigen Alternativen. Group14 Technologies und Sila Nanotechnologies nutzen jetzt auch silikonbasierte Materialien für Anoden, die möglicherweise mehr Leistungspotenzial bieten als die aktuellen Graphitmaterialien.⁶

Die Verwendung neuer Batteriematerialien eröffnet die Möglichkeit einer reibungsloseren inländischen Produktion und verbessert gleichzeitig die Sicherheit und Leistung. Bei der Erforschung neuer Batteriedesigns setzen die Forscher Thermoanalysetechniken ein und verwenden innovative Materialien unter realistischen Betriebsbedingungen. M. C. Schultz et al. vom National Renewable Energy Laboratory verwendeten zum Beispiel DSC- und TGA-Geräte von TA Instruments, um die Auswirkung der Beschichtung auf silikonbasierte Anodenmaterialien zu untersuchen.⁷ DSC und TGA werden häufig in der Batterieforschung eingesetzt, um zu überprüfen, ob die neuen Materialien den Betrieb und die Sicherheit einer Batterie verbessern.

Warum wertvolle Materialien verschwenden, wenn Lithium-Ionen-Batterien das Ende ihrer Lebensdauer erreichen? Auch die Wiederverwendung von Altbatterie-Materialien hilft, den Materialengpass bei der Batterieherstellung zu bekämpfen. Dabei ist inländisches Batterierecycling der effizienteste Weg, da Emissionen und Transportkosten gesenkt und die Lieferkette heimischer Batteriematerialien gestärkt wird.⁸

Wie bei allen Recyclingsystemen erfordert die Verwendung recycelter Materialien in neuen Produkten eine genaue Materialcharakterisierung. Wie haben sich die Materialien durch den elektrochemischen Prozess in der Batterie verändert? Wurden sie durch Missbrauch oder Schädigung der Batterie verformt? Mithilfe von Materialanalyse-Techniken können Entwickler sicherstellen, dass das recycelte Material die notwendigen thermischen und physikalischen Eigenschaften für eine neue, funktionierende Batterie bieten.

Es gibt noch viele Herausforderungen, die bewältigt werden müssen, es bieten sich dadurch jedoch auch Chancen. Hersteller von Elektrofahrzeugen haben die Gelegenheit, die Batterieproduktion in die eigene Hand zu nehmen, sodass sie instabile Lieferketten umgehen und jeden Aspekt der Batterieproduktion kontrollieren können. Batteriehersteller, die neue und recycelte Materialien integrieren, werden über Jahrzehnte von der Nachhaltigkeit und Verlässlichkeit ihrer Batterieproduktion profitieren.

Jede größere Umstellung der Lieferkette erfordert jedoch strengste Qualitätskontrollen und Tests. Wie in den oben beschriebenen Beispielen aufgeführt, ist das Testen von Batteriematerialien ein wichtiger Schritt, um eine nachhaltige inländische Batterieproduktion zu entwickeln. Von der Materialauswahl bis zum Testen der Batteriesicherheit bilden diese Techniken das Rückgrat des Batteriedesigns und der Herstellung im Inland. Erfahren Sie hier mehr zum Testen von Batteriematerialien und überzeugen Sie sich, wie diese Techniken die Zukunft einer nachhaltigen inländischen Batterieproduktion unterstützen.