Akkus, Brennstoffzellen und Redox Flow Zellen - elektrochemische Energiespeicher

[krett]

Diese ganzen "Batteriedurchbrüche" scheinen bei einigen den falschen Eindruck zu erwecken, dass es in X Jahren die Wunderbatterie gibt und dann alles schlagartig X mal besser ist.

 

Nur gibt es weder diesen einen Moment noch diese eine Batterie. Das ist alles ein kontinuierlicher Prozess. Ergebnisse aus der Wissenschaft werden fortlaufend in industrielle Anwendungen integriert. In den letzten 10 Jahren wurden Batterien um ca.15% pro Jahr günstiger (und zeitgleich wurden die langlebiger, Leistungsstärker, sicherer...), eine Lernkurve, die (mit Ausnahme der Halbleiterindustrie) unerreicht ist. Der "große Durchbruch" passiert seit 10 Jahren durch unermüdliche Entwicklung und Skaleneffekte und er hält an.

 

Und da so eine Lernkurve nicht von einem Jahr aufs andere einbricht, wird es noch mindestens einige Jahre so weiter gehen. Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit, werden eAutos also noch in diesem Jahrzehnt günstiger als Verbrenner (in der Anschaffung, im Betrieb schon jetzt). 

[reko]

vor 2 Stunden von krett:

Und da so eine Lernkurve nicht von einem Jahr aufs andere einbricht, wird es noch mindestens einige Jahre so weiter gehen.

Das ist eine naive Vorstellung und die Lernkurve hat sich bereits abgeflacht siehe wann-kommen-die-elektroautos ...

Die Kosten setzen sich aus Rohstoffkosten und Fertigungskosten zusammen. Lernen kann man nur bei der Fertigung insbesondere wenn man höhere Stückzahlen und größere Akkus fertigen kann. Die Rohstoffkosten können nur durch eine neue/andere Chemie reduziert werden. Ein Ansatz dazu ist LFP. Das hat aber leider den Nachteil, dass die Energiedichte abnimmt. Die zur Zeit dominierenden nasschemischen Lithium-Nickeloxyd / Lithium-Graphit/Silizium Akkus befinden sich sowohl mit den Kosten als auch der Performance am Anschlag.

Auch das legendäre Moore's Law war nur mit vielen Technologiesprüngen möglich. Wären wir beim Bipolar-Transistor stehen geblieben, dann wäre die Lernkurve längst abgeflacht. Halbleiter haben von einer Miniaturisierung gelebt und der Rohstoff Silizium / Sand ist beliebig viel vorhanden. Verkleinern wir die Akkus dann verkleinern wir auch die gespeicherte Energie und Nickel ist selten und teuer. Ohne eine andere Chemie flacht die Lernkurve weiter ab. Allerdings sind große Lithium-Metall-Feststoff-Akkus schon in einer fortgeschrittenen Prototypphase und Akkus mit kleiner Kapazität schon einige Jahre im Markt. Quantumscape braucht weiter Nickel aber es ist ein weiterer Schritt auf der Technologieleiter. Toyota und SolidPower sind ähnlich weit, aber es sind noch weniger Details bekannt.

 

Inzwischen kann man auch nicht mehr über die sicherheitstechnischen Schwächen heutiger Akkus hinwegsehen

2021/01/11 Electric vehicle battery safety becomes a priority for US regulators

[krett]

Ach Reko, wir drehen uns im Kreis, du hast den längeren Atmen und postest das gleiche Zeug 100x wenns sein muss. Dann sei es halt so....

 

 

[Systemrelevant]

vor 17 Stunden von krett:

Diese ganzen "Batteriedurchbrüche" scheinen bei einigen den falschen Eindruck zu erwecken, dass es in X Jahren die Wunderbatterie gibt und dann alles schlagartig X mal besser ist.

 

Nur gibt es weder diesen einen Moment noch diese eine Batterie. Das ist alles ein kontinuierlicher Prozess. Ergebnisse aus der Wissenschaft werden fortlaufend in industrielle Anwendungen integriert. In den letzten 10 Jahren wurden Batterien um ca.15% pro Jahr günstiger (und zeitgleich wurden die langlebiger, Leistungsstärker, sicherer...), eine Lernkurve, die (mit Ausnahme der Halbleiterindustrie) unerreicht ist. Der "große Durchbruch" passiert seit 10 Jahren durch unermüdliche Entwicklung und Skaleneffekte und er hält an.

 

Und da so eine Lernkurve nicht von einem Jahr aufs andere einbricht, wird es noch mindestens einige Jahre so weiter gehen. Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit, werden eAutos also noch in diesem Jahrzehnt günstiger als Verbrenner (in der Anschaffung, im Betrieb schon jetzt). 

 

 

Das würde ich nicht bestätigen. Wir sehen derzeit viele verschiedene Ansätze für neue Technologien bei Batterien. Ob sich eine Technologie durchsetzt weil Preis / Leistung / Einfachheit bei der Produktion durchsetzt und wann das sein wird  lässt sich einfach nicht sagen. 

[krett]

vor einer Stunde von Systemrelevant:

 

 

Das würde ich nicht bestätigen. Wir sehen derzeit viele verschiedene Ansätze für neue Technologien bei Batterien. Ob sich eine Technologie durchsetzt weil Preis / Leistung / Einfachheit bei der Produktion durchsetzt und wann das sein wird  lässt sich einfach nicht sagen. 

 

Ich sehe keinen Widerspruch in deinem und meinem Beitrag

[reko]

Akkus mit nicht brennbaren wässrigen Elektrolyt mit "solid electrolyte separator" insbesondere stationär 2000 Zyklen bis -30°C.

2020/11/19 Toshiba Develops World’s First Aqueous Lithium-ion Battery with Nonflammable Electrolyte

Zitat

Toshiba’s SCiB™ achieves excellent safety performance by replacing the usual graphite anode with a nonflammable lithium titanate oxide (LTO). Moving beyond this, the company has further boosted safety by developing a battery that uses an aqueous electrolyte

..

aqueous electrolyte not only improves operational safety, but is also expected to reduce costs by simplifying manufacturing facilities.

 

 

[reko]

2020/12/28 China's three eye-catching battery technologies of 2020

BYD's ‘blade battery’

  ..  hohe Packlevel Energiedichte trotz LFP

GAC Group's three-dimensional graphene battery

  ..  80% Ladung in 8 Minuten

SVOLT's “jelly battery”

  ..  gut leitfähiger, selbstheilender Gelelektrolyt bis 150°C

  .. Teil von “Cold Bee” (Kobaltfreier Akku von Honeycomb Energy, ein Spin-Off von Great Wall)

 

2020/12/03 Honeycomb Energy Battery Day: The cobalt-free battery is scheduled to start, and the overall installed capacity is about to hit the top 3 in the country

Zitat

● Cobalt-free batteries are scheduled to be launched worldwide, and mass production will be officially launched in June 2021.

● Released the cold bee system, namely jelly battery + thermal barrier battery pack + bee cloud platform.

● The jelly battery has the characteristics of high conductivity, self-healing, flame retardant, etc. It can achieve "no fire and no smoke" in the fully charged (sample) acupuncture test.

● The second phase of Honeycomb Energy's Changzhou plant was launched, and the effective production capacity is expected to reach 6.91GWh in 2021.

● The domestic production capacity is planned to reach 76GWh by 2025, and the total overseas production capacity is planned to be 24GWh, bringing the total to 100GWh.

..

to completely solve the thermal runaway problem of the battery system .

 

2019 Heavy! Honeycomb Energy's world's first quaternary and cobalt-free battery

2019 Power battery “cub“-Honeycomb Energy has a big opening

Weiterentwickelter NMC811 ohne Kobalt (NMx), insbesondere sicherer, energy density of 260-300Wh/kg

Zitat

Honeycomb energy introduction, compared with the wound battery, laminated battery energy density increased by 5%, cycle life increased by 10%, cost reduced by 5%, and more secure.

..

But laminated batteries are better than wound batteries in terms of performance, safety and energy density. At present, the world's leading head lithium battery manufacturers have all converted to laminated batteries in their future product technology roadmaps

 

[reko]

2021/01/29 Chinesischer VW-Partner zeigt neuen Super-Akku

"Gotion Hi-Tech (Guoxuan High-Tech Co Ltd.) hat einen neuen LiFePO-Akku mit hoher Energiedichte entwickelt. Er verspricht mehr Sicherheit und Haltbarkeit für E-Auto-Batterien.

.. Der bislang größte Nachteil von LiFePO-Akkus, ihre geringere Energiedichte, wird durch den jetzt von Gotion vorgestellten Akku weitgehend behoben.

.. Der neue Akku kommt bereits auf 210 Wh/kg und soll bis Ende des Jahres sogar eine Energiedichte von 230 Wh/kg erreichen"

 

Und noch wichtiger billiger und nicht durch begrenzte Kobalt und Nickel Reserven und Minenkapazität betroffen.

BYD's LFP "blade" Akku soll 180 Wh/kg erreichen. Die von Tesla verbauten CATL LFP Akkus sollen 160 Wh/kg haben.

 

2021/01/25 Chinesischer Akkuhersteller bringt LFP-Zellen mit rekordhoher Energiedichte

Zitat

Zelltyp: Pouch-Zelle

176 Wh (55 Amperestunden; 3,2 Volt)

Gewicht: 830 Gramm

Energiedichte: 212 Wh/kg

Kathodenkapazität: 150 Milliamperestunden pro Gramm (mAh/g)

Kathodendichte: 2,4 g/cm3

..

Die Massenproduktion der neuen Zellen könnte bereits Ende 2021/Anfang 2022 beginnen

.

[reko]

Die USA benötigt eine um Faktor 2 bis 3 größere Stromnetzinfrastruktur. McKinsey schätzt, dass wir bis 2050 eine Vervierfachung brauchen. Das wird sehr viel Geld und Zeit kosten. Man braucht nur an das Genehmigungsverfahren der dazu im Vergleich kleinen Südlink Trasse denken.

 

Americans for a Clean Energy Grid (ACEG) hat einen 105 seitigen Report erstellt. Dazu gibt es auch eine einstündiges Video.

2021/01/19 Planning for the Future: FERC’s Opportunity to Spur More Cost-Effective Transmission Infrastructure

2021/01/ACEG_Planning-for-the-Future1.pdf

Zitat

the nation faces new challenges and it is clear that neither the current inf rastructure nor the rules governing its development match this need

..

A study conducted by McKinsey & Company analysts found that, in Europe, the most cost-effective way to reach 40% to 45% renewable generation targets in 2050 requires doubling existing region-wide transmission capabilities by 2020 and qua-drupling transmission capabilities by 2050. Germany, in particular, would need to significantly expand its interregional transmission capabilities to facilitate Eu-rope-wide resource planning coordination.

 

[krett]

Ob die Studie mit einberechne hat, das man zukünftig oft auch Batterien, anstelle von Stromtrassen bauen kann (was man theoretisch heute schon kann, aber zukünftig halt vermehrt die günstigere von beiden Optionen ist)?

[Holgerli]

Stichwort: Tony Seba's "God Parity".

 

Quelle: Clean Disruption of Energy and Transportation: How Silicon Valley Will Make Oil, Nuclear, Natural Gas, Coal, Electric Utilities and Conventional Cars Obsolete by 2030

 

Das wirklich interessante an den Buch: Es ist 2014 und als er es schrieb haben ihn alle für komplett durchgeknallt gehalten. Aber mittlerweile tritt alles vorausgesagte immer schneller und deutlicher ein.

[reko]

Toyota verkauft Brennstoffzellenmodule

2021/02/26 Toyota’s New Fuel Cell Module Could Be A Gamechanger For Hydrogen

Toyota Pressemeldung:

Zitat

begin selling it in the spring of 2021 or later .. The new module is available in four models ..

Vertical type (Type I),  890 x 630 x 690 mm, Approx. 250 kg, 60 or 80 kW

Horizontal type (Type II), 1,270 x 630 x 410 mm, Approx. 240 kg, 60 or 80 kW

 

Milliardäre und ihre Spielzeuge - hier LTA Research mit einen Zeppelin Luftschiff

2021/02/25 Sergey Brin’s airship aims to use world’s biggest mobile hydrogen fuel cell

Zitat

LTA wants to configure a 1.5-megawatt hydrogen propulsion system for an airship

 

[reko]

Magnesium Metall Akkus haben einige Vorteile gegenüber Lithium Metall Akkus.

Magnesium batteries: Current picture and missing pieces of the puzzle, RobertDominko 2020

 

"Magnesium is a good substitute for Li as a metal anode for high density batteries due to its higher theoretical volumetric capacity (3832 mAh cm3 vs Li’s 2061 mAh cm3), lower cost, higher abundance in the Earth’s crust, improved safety

.. Recently, magnesium borohydride, Mg(BH4)2, was found to be an effective precursor for solid-state Mg-ion conductor"

Dynamics of porous and amorphous magnesium borohydride to understand solid state Mg-ion-conductors, Michael Heere 2020

 

Development of a Solid-State Magnesium-Persulfate Based Rechargeable Battery, Shirley Palisoc 2019

Borohydride-based electrolyte system for Magnesium-Persulfate (Mg||MgS2O8) rechargeable battery, Shirley Palisoc 2021

 

Magnesiumborohydrid ist auch ein Speicher für Wasserstoff

Mg(BH₄)₂ <=> MgB₂ + 4 H₂ (8kg Wasserstoff pro 46kg MgB₂). llnl.gov/news/solid-pathway-toward-hydrogen-storage

[reko]

Die elektrochemische Reduktion von CO2 wird m.M. eine wichtige Zukunftstechnologie. Das bedeutet, es wird eine Elektrolyse des Kohlendioxyds durchgeführt. Man kann so ohne Umwege bei niedrigeren Temperaturen und Drücken direkt zur Energiespeicherung oder zu chemischen Synthesen geeignete Moleküle herstellen (formate, methane, ethylene, CO, methanol, and acetone). Dabei kann man eine höhere Effizienz und geringere Kosten als bisher erwarten.

Bisher erzeugt man Strom, spaltet damit Wasser und läßt den Wasserstoff unter hohen Druck und hoher Temperatur mittels Katalysatoren mit CO2 reagieren.

Towards the Large-Scale Electrochemical Reduction of Carbon Dioxide, Park/Wijaya 2021

Zitat

Although the electrochemical reduction of CO2 is one of the most promising technologies, there are remaining challenges for large-scale production. Herein, an overview oft hese limitations is provided in terms of devices, processes, and catalysts. Further, the economic feasibility of the technology is described in terms of individual processes such as reactions and separation.

..

Although various economic evaluations are presently being performed on pilot-scale plants, very few cases have actually been demonstrated at that scale. Nevertheless, some actual construction cases have been recently announced at the pilot level.

 

[Stockwatcher]

Am 16.1.2021 um 21:19 von krett:

 

Und da so eine Lernkurve nicht von einem Jahr aufs andere einbricht, wird es noch mindestens einige Jahre so weiter gehen. Mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit, werden eAutos also noch in diesem Jahrzehnt günstiger als Verbrenner (in der Anschaffung, im Betrieb schon jetzt). 

Eine deutsche Sicht.  Da hier unglaubliche Steuern auf Kraftstoff liegen. Wie diese Steuerausfälle in der E-Autowelt kompensiert werden ist andere Sache.

[Holgerli]

Es ist ja nun nicht so, dass der Strom steuerfrei ist. Von den 31,5 ct Strompreis je kWh sind knapp 9ct Steuern die direkt an Bund und Kommunen gehen.

 

[Stockwatcher]

Möchte gern 40k€ in 3 Aktien Umfeld Batterienherstellung stecken.

Sollten nicht zu spekulativ sein.

 

Welche Aktien könnt ihr empfehlen. Habe bis jetzt nur 10k€ Samsung SDI und Varta ist mir doch zu teuer.

Was in Asien interessant?

[krett]

vor einer Stunde von Stockwatcher:

Möchte gern 40k€ in 3 Aktien Umfeld Batterienherstellung stecken.

Sollten nicht zu spekulativ sein.

 

Welche Aktien könnt ihr empfehlen. Habe bis jetzt nur 10k€ Samsung SDI und Varta ist mir doch zu teuer.

Was in Asien interessant?

 

Grundsätzlich finde ich BYD interessant, da breit aufgestellt. Batterien, eAutos, eLKW, eBusse....

Aber ob es bei de aktuellen Bewertung ein Kauf ist? Musst du selbst wissen.

[Stockwatcher]

Das übliche Problem, gute News aus dem Wasserstoffbereich und dann wieder bei Batterien. Wer macht das Rennen.

 

[Schildkröte]

Zitat

In die eigene Fertigung von Batteriezellen will BMW im Gegensatz zu Volkswagen nicht einsteigen. Das Batteriezellgeschäft sei im nächsten Jahrzehnt zwar das Geschäft mit dem vermutlich höchsten Potenzial, sagte Entwicklungschef Frank Weber. Zum jetzigen Zeitpunkt halte es BMW aber für eindeutig falsch, sich auf eine bestimmte Batterietechnologie festzulegen. "Unser Ziel ist nicht nur die grünste Zelle zu haben, sondern auch die performanteste Zelle", sagte Weber. Der Konzern habe entsprechende Batterievolumen in Europa, China und Korea eingekauft und sei für den Zeitraum bis 2030 gut aufgestellt.

Quelle: finanzen.net

 

Interessant. Ist es derzeit seriös abschätzbar, welche Batterietypen sich (nicht) durchsetzen werden? Wird es am Ende auf einen Batterietyp hinauslaufen oder ist es denkbar, dass verschiedene Typen nebeneinander existieren können?

 

Sollten sich diese Fragen im Laufe der Zeit von selbst beantworten, ist es dann aus Sicht der Autobauer strategisch sinnvoller Batterien selbst herzustellen, um sich nicht abhängig zu machen, oder ist es wie bei anderen Komponenten überlegenswert, diese extern von Zulieferern einzukaufen?

[reko]

vor 3 Stunden von Schildkröte:

Interessant. Ist es derzeit seriös abschätzbar, welche Batterietypen sich (nicht) durchsetzen werden? Wird es am Ende auf einen Batterietyp hinauslaufen oder ist es denkbar, dass verschiedene Typen nebeneinander existieren können?

 

Sollten sich diese Fragen im Laufe der Zeit von selbst beantworten, ist es dann aus Sicht der Autobauer strategisch sinnvoller Batterien selbst herzustellen, um sich nicht abhängig zu machen, oder ist es wie bei anderen Komponenten überlegenswert, diese extern von Zulieferern einzukaufen?

MeinTip für die nächsten 5 Jahre: hochkobalthaltige Akkus werden nur noch wenige produziert. Zumindest stationär und im unteren Preissegment hauptsächlich LFP Ionen Akkus. Preislich etwas darüber LMN (mit möglichst viel Mangan). Hochnickelhaltige Li-Ion Akkus im oberen Preissegment werden ab 2025 durch Solid State Akkus verdrängt. Ev aber auch dort erst mal mit viel Nickel als Kathode und Lithiummetallanode.

 

Der Aufbau einer eigenen Akkuproduktion ist mM in erster Linie für das Marketing interessant um Kompetenz zu demonstrieren. Bosch hat sich aus den Bau von Li-Ion-Akkus zurückgezogen, da sie damit nicht mehr ausreichend lange Geld verdienen können. Das ist ein Markt bei dem zu viele mitspielen wollen und niemand einen signifikanten Vorteil hat.

[Stockwatcher]

Bringt alles nix wenn man keine Firmen nennt oder kennt die evtl. das Rennen machen.  Ausserdem tut sich auch bei Wasserstoff einiges.  2 Euro / kg

 

[reko]

Sion Power hat 400 Wh/kg, 700Wh/l mit Lithium-Metall Solid-State Akku erreicht. Sion produziert auf einer Pilotanlage Zellen mit 17 Ah and 6 Ah (100mm x100 mm Pouch).

2021/03/28 Large format 17 Ah, 400 Wh/kg lithium metal cell targets electric vehicles

sionpower.com/home/resources

 

Cuberg/Northvolt will 1 kWh/l bis 2025 erreichen.

2021/03/10 Northvolt acquires lithium-metal battery start-up Cuberg

2021/03/15 Northvolt erhält 14-Milliarden-Auftrag von Volkswagen

".. wird damit strategischer Hauptlieferant für Premium-Batteriezellen für den Volkswagen-Konzern in Europa .. Insgesamt hat sich Northvolt nun Aufträge im Wert von mehr als 27 Milliarden Dollar von Schlüsselkunden gesichert.".

 

GM will mit der Solid State Vorserie 2023 starten mit Zellen von SES (SolidEnergy Systems).

2021/03/12 GM sees lithium-metal battery tech as a next step for more range, lower cost

2021/03/11 GM signs deal with MIT-spinout to reduce electric vehicle battery costs by 60%

ses.ai/technology

 

quantumscape .. solid-state-battery-landscape

[reko]

Das Elektroflugzeug kommt.

Eine HTPEM Zelle mit  2000 W/kg (vgl. Ottomotor 200..2000 W/ kg), geeignet für reformierten Wasserstoff.

2021/03/09 HyPoint: Fortschritte bei luftgekühlter Brennstoffzelle für E-Fluggeräte

2021/03/21 Will This NASA Award-Winning Fuel Cell Tech Catalyze Hydrogen Aircraft?

2021/03/12 Norwegen: E-Flugzeuge sollen 2026 für Widerøe abheben

[reko]

Advent (US00788A1051, Cash burner, mit BASF Polybenzimidazol Lizenz und eigener TPS Membran) arbeitet mit mehreren US Forschungsinstituten und DOE Unterstützung an der HT-PEM Zelle (m.M. z.Z. die interessanteste Technologie, Reformer geeignet).

2021/04/13 New partnership to advance high-temperature PEM fuel cells; focus on heavy-duty applications