Akkus, Brennstoffzellen und Redox Flow Zellen - elektrochemische Energiespeicher

[reko]

Brennstoffzelle mit Eisen-‘single atom’-katalysator. Professor Anthony Kucernak, Imperial College London

Die genutzte Methode "Transmetallation" ist auch bei anderen Katalysatoren anwendbar.

2022/04/25 Cheaper Hydrogen Fuel Cell Invented – Enabling Better Green Energy Options

 

“High loading of single atomic iron sites in Fe–NC oxygen reduction catalysts for proton exchange membrane fuel cells” 25 April 2022, Nature Catalysis.

"current densities of 41.3 mA cm−2 at 0.90 ViR-free using H2–O2 and 145 mA cm−2 at 0.80 V (199 mA cm−2 at 0.80 ViR-free) using H2–air."

[reko]

2022/04/09 Weltweit erste Gigafactory für Feststoffbatterie soll in der Schweiz entstehen

"Ab 2024 möchte das Unternehmen aus Frauenfeld bei Zürich die Feststoffbatterie in Serie produzieren. Die Produktionsstätte soll im thurgauischen Wigoltingen angesiedelt werden."

swisscleanbattery.ch (kaum Inhalt)

 

Vinfast und ProLogium behaupten ähnliches

2021/11 ProLogium raises $326m to bring solid state batteries to Europe

"mass production facilities for ProLogium SSBs in Asia, Europe and the US between 2023 and 2025 .. ProLogium Technology aims to become the first to mass produce ceramic SSBs internationally using smart factory technology, although Blue Solutions in France is in production and many other companies are ramping up production."

prologium.com

2022/01 ProLogium and Mercedes-Benz entered into a technology cooperation agreement to develop solid-state battery cells for electric vehicles

2023 sollen die Produktion in der "Gigafactory Taiwan" beginnen.

Anders als Quantumscape hat man zur Li-Metall-Anode auch einen Zwischenschritt mit Siliziumoxyd/Graphit-Anode. Wie bei Quantumscape wird eine Oxydkeramik verwendet.

 

Solid_state_silicon_battery

"While silicon anodes for lithium ion batteries have been studied, they were largely dismissed as infeasible due to general incompatibility with liquid electrolytes. Developments in 2021 showed that solid state silicon lithium ion batteries are possible, and offer many of the hypothesized benefits

.. The use of a non-metallic lithium source eliminates the high temperature that metallic lithium batteries require to charge"

2021/09 A New Solid-state Battery Surprises the Researchers Who Created It

 

2022/02 Nexeon ramps up for silicon anode production with $80m

[reko]

BYD glaubt, dass einige E-Autohersteller zu Gunsten der Reichweite die Sicherheit vernachlässigt haben. Selbst gegenüber anderen LFP Akkus hat der BYD Blade Akku eine bessere Sicherheit. Dieser Akku soll angeblich auch bei Toyota bZ sedan, Toyota-Suzuki electric mid-size SUV und Tesla Model 2 verwendet werden.

2022/05/07 BYD Blade Battery: Everything you should know

Zitat

BYD believes that some electric vehicle manufacturers may have compromised battery safety while aiming for a higher range. In pursuit of energy density, battery safety has been overlooked.

 

2022/03/26 byd-to-supply-blade-batteries-to-nio-and-xiaomi

2021/08/10 this-is-why-byd-blade-battery-is-ahead-of-competition

Zitat

Everbright Securities analyzed the cost of several battery packs made with LFP cells from different companies and you’ll see why BYD is ahead of competition.

 

Cost of LFP (LiFePO4) battery packs

• Average with modules: 650 yuan (85 euros) per kWh
• CATL with CTP: 570 yuan (75 euros) per kWh
• BYD with CTP: 420 yuan (55 euros) per kWh

 

BYD Blade battery cell specs

• Capacity: 202 Ah
• Nominal voltage: 3,2 V
• Max charging voltage: 3,65 V
• Energy: 646,4 Wh
• Length: 905 mm
• Height: 118 mm
• Width: 13,5 mm
• Volume: 1,4 L
• Volumetric energy density: 448 Wh/L
• Weight: 3,9 kg (estimation)
• Gravimetric energy density: 166 Wh/kg
• Cycle life: above 3.000 cycles
• Chemistry: LiFePO4 (LFP)

..

Anyway, I’ve been praising BYD for a while now, but nothing prevents other battery cell makers to start producing long cobalt-free prismatic battery cells. SVOLT knows it and already has a long 226 Ah cobalt-free NMX battery cell that automakers can order today.

 

Video: The BYD Blade Battery Evaluated: The Hype is Real (Mostly)

Demnach ist die bessere Wärmeabfuhr der Grund für die bessere Sicherheit.

Die Pack-Level-Energiedichte des Blade LFP Akkus (280 Wh/l) soll 18% besser als die des Tesla Model 3 Lithium-Nickel-Akkus (238 Wh/l) sein. Die Blade Akku Packs sind aber 16% schwerer (140 Wh/kg vs 163 Wh/kg).

[reko]

2022/06/22 Can flow batteries supercharge the energy transition?

"The prevailing lithium-ion battery is not suited for the longer-duration energy storage needed to back up renewable energy. Flow batteries could be the perfect complement."

 

2022/07/10 World's largest redox flow battery being built in underground salt caverns

Projekt brine4power, Salzwasser und Lignin basierter Elektrolyt entwickelt von Friedrich Schiller University in Jena.

2x 100 000 m³, 700 MWh, Ewe Gasspeicher GmbH

20170607-flyer-b4p-storage.pdf

[krett]

Warum ich mir bei wachsender Batterieproduktion keine Sorgen um die Rohstoffe machte? Not macht erfinderisch:

 

Bloomberg NEF hat die Prognosen für die weltweite Colbalt-Nachfrage in den letzten vier Jahren kontinuierlich gesenkt. Cobalt war/ist knapp, also hat man Batterien entwickelt die immer weniger davon brauchen. Jetzt nutzt man zunehmend Batterien, die komplett ohne Cobalt auskommen. Ähnliches ist auch bei Nickel zu beobachten und bald wohl auch bei Lithium. Man hat diese Rohstoffe nicht genommen weil sie alternativlos waren, sondern weil sie die beste Alternative waren. Jetzt sind sie es zunehmend nicht mehr, also schwenkt man auf andere Rohstoffe um.

 

 

 

[reko]

vor 2 Stunden von krett:

Bloomberg NEF hat die Prognosen für die weltweite Colbalt-Nachfrage in den letzten vier Jahren kontinuierlich gesenkt. Cobalt war/ist knapp, also hat man Batterien entwickelt die immer weniger davon brauchen. Jetzt nutzt man zunehmend Batterien, die komplett ohne Cobalt auskommen.

Weil es nicht mehr gibt kann auch nicht mehr nachgefragt werden. Kobalt macht Akkus sicherer, das wäre weiter eine wünschenswerte Eigenschaft. Nickel erhöht die Energiedichte und ohne Lithium sieht es ganz finster aus. Nach aktuell verfügbaren Stand wären wir dann wieder bei der Energiedichte der Bleiakkus. Klar können wir auf einen neuen Superakku warten, bis dahin müssen wir mit den vorhandenen Lithium auskommen. Es gibt genügend Lithium, aber zu wenig rentable Vorkommen und zu wenig Minen. Die Preise müssen noch weiter steigen und es braucht viel Zeit neue Minen zu bauen. Es gibt noch immer kein relevantes Lithiumrecycling. Selbst jetzt wäre ein theoretisch machbares Recycling immer noch teurer als frisches Lithium. Also nutzt man das Lithium aus Altakkus wenn überhaupt als Zusatz zu Zement.

Interessant wären Aluminium-Luft-Akkus. Aktuell müssen sie aber recycelt statt aufgeladen werden. Auch für den neuen Superakku wäre ein Redox-Flow Typ ideal. Natürlich nur aus ungefährlichen, billigen und weit verbreiteten Rohstoffen. Da gibt es noch interessante Forschungsaufgaben.

[krett]

vor 10 Stunden von reko:

Nach aktuell verfügbaren Stand wären wir dann wieder bei der Energiedichte der Bleiakkus.

 

1. Nein, da man nicht nur die Zellebene, sondern das gesamte Paket betrachten muss. Hier gibt es ja auch viele Fortschritte. Früher bestanden nur 50% oder so der Batteriepakete aus den Zellen, bei den allerneusten Batterien sinds schon 70%.

2. Bei stationären Batterien ist das irrelevant, da kommt es vor allem auf den Preis an und der kann sogar sinken, wenn man andere Rohstoffe verwendet. Lithium muss dann nur dort genommen werden, wo Energiedichte am wichtigsten ist.

[reko]

Niu Technologies weicht beim E-Bike auf Natrium-Akkus aus. Sie sind schwerer aber billiger als LFP.

2022/08/07 Niu Technologies to launch e-bikes with sodium-ion batteries in 2023 as lithium battery prices rise

 

2022/05/04 Natron Collaborates With Clarios on World’s First Mass Manufacturing of Sodium-Ion Batteries

natron.energy/technology .. 10x faster cycling, and an over 50,000 cycle-life Natron’s sodium-ion batteries .. The Clarios Meadowbrook facility will become the world’s largest sodium-ion battery plant when mass production begins in 2023.

 

CATL hat ebenfalls einen Natrium-Ionen-Akku entwickelt mit 160Wh/kg. Ziel sind 200Wh/kg. Die Natriumakkus sind schnellladefähig und bei niedriger Temperatur besser geeignet.

[krett]

Ich denke es wird tatsächlich nur wenige Jahre brauchen bis Natrium-Ionen Batterien, bei stationären Anwendungen, Lithium basierte Batterien nahezu vollständig verdrängen. Bei stationären Anwendungen spielen die Nachteile fast keine Rolle, während alle Vorteile zum tragen kommen.

 

Ich bin nun echt kein Experte, ich vermute aber in Autos wird es in 3, 4 oder 5 Jahren so aussehen:

Natrium Ionen Batterien für das günstige Einstiegssegmente mit niedriger Reichweite

LFP Batterien für das mittlere Segment

NMC Batterien für oberklasse Autos

[reko]

Batterien müssen in der EU künftig umweltverträglich hergestellt und recycelt werden. Das betrifft auch den Rohstoffabbau. Das bedeutet die Energiedichte der Akkus wird geringer und die Kosten höher. Recycling ist bei Lithiumionenakkus z.Z. nur mit einen hohen Preisaufschlag zur Kostendeckung realisierbar ev. wird zusätzlich ein Pfandsystem notwendig. Die geforderte Nachverfolgbarkeit wird bürokratischen Aufwand und damit ebenfalls Kosten verursachen. Der Import von Akkus und Vorprodukten aus China soll damit zurückgedrängt werden.

2022/09/01 Artikel zur neuen EU-Batterieverordnung

2022/07 Prof. Fichtner & MEP Gallée: Neue Batterie-Regeln der EU | Podcast

 

Das EU-Parlament fordert für Lithiumakkus Recycling von 65% des Gewichts bis 2025. Die Batterierecyclingquote kann nicht mehr wie bisher durch das einfachere Recycling von schweren Bleiakkus erfüllt werden.

Folge: der Anteil einfach recycelbarer (Füll)Stoffe wird erhöht, schwer recycelbare Stoffe wie Lithium und Elektrolyt kommen weiter auf die Deponie.

Frage: zählt wie beim Hausmüll auch energetische Verwertung (verheizen des Kohlenstoffs und organischer Verbindungen)? Das übliche Downcycling wird aber sicher toleriert.

 

Eine Empfehlung aus den Kommentaren:

Video: Zinc Bromide GEL batteries. Cheaper, greener, simpler & safer than lithium -ion!

von Fa. Gelion GB00BNBQZD59 (man kann dafür aktuelle Produktionsanlagen von Bleiakkus nutzen, tiefentladefähig, einfaches Recycling).

Es gibt bereits ein 100MWh Netzspeicherprojekt.

 

2022/07 Umweltfreundliche Batterien: Zink-Ionen-Batterien | Podcast

[fancY]

Am 19.9.2022 um 06:45 von reko:

Batterien müssen in der EU künftig umweltverträglich hergestellt und recycelt werden. Das betrifft auch den Rohstoffabbau. Das bedeutet die Energiedichte der Akkus wird geringer

 

Am 19.9.2022 um 06:45 von reko:

Folge: der Anteil einfach recycelbarer (Füll)Stoffe wird erhöht,

Deine Meinung bzw. Schlussfolgerung erschließt sich mir nicht. Gibt es dazu eine Quelle mit Erklärung.

[reko]

vor 3 Stunden von fancY:

Quelle mit Erklärung.

Persönliche Erfahrung. Es hat einen Grund warum man derzeit wenig auf Recycelbarkeit achtet. Den Entwicklern ist bewußt, dass das eine wünschenswerte Eigenschaft ist. Aber das erfordert konstruktiven Aufwand und damit Platz, Gewicht und Geld. Wenn ich vorgeschrieben bekomme, dass 65% des Gewichts recycelbar sein müssen, dann muß ich eben den Gewichtsanteil leicht recycelbarer Stoffe erhöhen. Da der Austausch der aktiven Materialien (z.B. Lithium) idR die Produkteigenschaften verschlechtert, werde ich das einfacher an weniger essentiellen Bauteilen erreichen z.B. am Gehäuse.

Es ist auch eine Frage der Definition was zum Akku dazugehört z.B. Cell to Pack, Structural Pack.

[reko]

Interessantes Interview (CIC energiGUNE = non profit Forschung in Spanien):

Patrice Simon: "The development of solid-state batteries is the only way to reach 450-500 Wh/kg"

 

Sustainable alternatives to critical battery materials

[dreizehn]

On 9/20/2022 at 11:21 PM, reko said:

Persönliche Erfahrung.

Persönliche Erfahrung als was? Prozessingenieur für Li-Ion Zellen in einem Recyclingbetrieb?

 

On 9/20/2022 at 7:52 PM, fancY said:

Deine Meinung bzw. Schlussfolgerung erschließt sich mir nicht. Gibt es dazu eine Quelle mit Erklärung.

Es handelt sich um eine frei erfundene Geschichte.

[reko]

vor 9 Minuten von dreizehn:

Es handelt sich um eine frei erfundene Geschichte.

Es ist eine logische Schlußfolgerung.

"Wenn ich vorgeschrieben bekomme, dass 65% des Gewichts recycelbar sein müssen, dann muß ich eben den Gewichtsanteil leicht recycelbarer Stoffe erhöhen."

[dreizehn]

21 hours ago, reko said:

Es ist eine logische Schlußfolgerung.

Aber du schriebst oben doch, dass du dies aus deiner persönlichen Erfahrung beurteilst?

 

Wenn es sich dabei um eine fundierte logische Schlussfolgerung handelt, warum existiert dann dazu keine Quelle die das belegt?

 

Sind die die gängigen Recyclingverfahren von Li-Ion Batterien geläufig?

[reko]

vor einer Stunde von dreizehn:

Sind die die gängigen Recyclingverfahren von Li-Ion Batterien geläufig?

Kennst du den Anteil der Lithiumakkus die in Europa recycelt werden und den Anteil des Akkuschrotts der exportiert wird?

 

Der weit überwiegende Teil des recycelten Anteils wird geschreddert, sortiert und der Kathoden und Anodenmaterial enthaltende Teil dann verbrannt. Der Graphit, Binder und Elektrolyt verwandeln sich in CO2. Aus dem Rückstand werden dann Nickel, Kobalt und Kupfer extrahiert wie es auch mit Erz geschieht.

Die Extaktion von Lithium befindet sich im Prototypstand und ist trotz des hohen Lithiumpreises immer noch unwirtschaftlich. Nur gut für Werbevideos. Es handelt sich idR um Downcycling. Eine Firma verwendet das Lithium z.B. als Zusatz zu Zement.

 

Das "Recycling" wird auch schon mal in Entwicklungsländern auf der Müllhalde gemacht. Moderne Anlagen sehen wie im Video aus.

Das dunkelgraue Pulver enthält das Kathoden und Anodenmaterial mit Lithium, Elektrolyt und Binder und wird an Smelter geliefert, die es in ihren Öfen verbrennen. Dort findet das eigentliche Recycling statt. Das wird aber selten gezeigt.

Die anderen Sortierfraktionen enthalten die nichtaktiven Teile des Akkus (Gehäuse, Elektrodenfolien) mit denen man leicht die 65% Quote erreichen kann.

 

Die vorgeschriebene Recyclingquote der bisherigen Batterieverordnung wird nur dank der Bleiakkus eingehalten.

2022/04 EU-Batterieverordnung: Umweltrat beschließt neue Regeln

[dreizehn]

Beantworte doch einfach die oben gestellten Fragen und liefer eine fundierte Quelle.

Wenn du nicht willst, dass deine Aussagen als Unsinn betitelt werden musst du nunmal einen Nachweis dafür liefern.

 

Ansonsten gibt es keine Quelle und du hast die Aussagen frei erfunden.

 

Du solltest dir bewusst machen, dass deine Beiträge hier öffentlich sind und für jeden nachprüfbar, ob du dir diese Aussagen aus den Finger gesogen hast oder nicht.

[reko]

Obiger Link zur neuen Batterieverordnung: "So gelten ab 2030 folgende Quoten: zwölf Prozent Kobalt, 85 Prozent Blei, vier Prozent Lithium und vier Prozent Nickel."

 

Für logische Schlußfolgerungen braucht man Verstand keine Quellen.

[dreizehn]

Versuchst du immer auszuweichen und abzulenken? Findest du das nicht etwas kindisch?

 

On 9/19/2022 at 4:45 AM, reko said:

Batterien müssen in der EU künftig umweltverträglich hergestellt und recycelt werden. Das betrifft auch den Rohstoffabbau. Das bedeutet die Energiedichte der Akkus wird geringer und die Kosten höher.

 

On 9/19/2022 at 4:45 AM, reko said:

Folge: der Anteil einfach recycelbarer (Füll)Stoffe wird erhöht [...]

Die fett markierten Aussagen, hast du dir frei zusammengedichtet und ohne einen Nachweis zu liefern.

Ein Forum lebt scheinbar von der Anzahl der Inhalte und nicht von der Qualität derer.

[reko]

@dreizehn Darauf habe ich bereits geantwortet. Wer meine Schlußfolgerungen nicht nachvollziehen kann, den kann ich nicht helfen. Es bleibt jeden unbenommen von 100% Lithiumrecycling zu träumen.

[fancY]

vor 22 Stunden von reko:

Darauf habe ich bereits geantwortet. Wer meine Schlußfolgerungen nicht nachvollziehen kann, den kann ich nicht helfen.

Deine Schlußfolgerung, dass Akkus wegen der Batterierecyclingverordnung geringere Energiedichten erhalten weil sie eigentlich unnötige (Füll)Stoffe bekommen kann nicht nachvollzogen werden.

[reko]

Wenn man beim Structural Pack Funktionalität in den Akku verlagert, ihn zum tragenden Teil macht, dann erhöht man damit das Gewicht des Akkus und kann damit die Recyclingquote leichter erfüllen.

Wenn Tesla seinen Structural Pack recyclingfähig baut statt mit PU einzuschäumen, dann kostet das Geld und Gewicht. Warum sonst hätte sich Tesla gegen Recyclingfähigkeit und für die derzeitige Lösung entschieden?

Warum fordert die EU erst ab 2030 lächerliche 4 % Recycling des Lithiums?

[reko]

2022/11/18 Tesla 4680 Cell

Zitat

• Capacity: 23.35Ah at 2.5A discharge ~C/10
• Capacity: 20Ah at 25A discharge ~1C
• Nominal Voltage: 3.7V
• Nominal Energy: 86.5Wh
• Mass: 0.355kg

• Cell gravimetric energy density = 244 Wh/kg

• Cell volumetric energy density = 650 Wh/litre

• Cathode: NMC811

..

There are a lot of other companies jumping on the 46mm diameter cylindrical cell format:

• BAK
• CATL
• EVE
• Gotion
• LG Chem
• Lishen
• Panasonic
• Samsung
• SVOLT

..

Note: we will update this page as more data becomes available.

 

2022/09 BMW Gen6 Battery System

Zitat

The EVE cylindrical cell INR46950 is close to the 4695 specification, however, it is 96.5mm tall rather than 95mm.

..

 

Podcast 2022/12/02 Qilin-Batterie (CATL) - Dr. Veronika Wright .. analysiert die Kernelemente der Qilin-Batterieinnovation .. 255 Wh/kg auf Pack-Ebene (mehr als Tesla auf Zellebene) .. aktiv gekühlt .. 4 fache Kühlfläche .. in 10 Minuten auf 80% geladen.

2022/06 CATL launches CTP 3.0 battery “Qilin,” achieves the highest integration level in the world

2022/06 Introduction of pouch cells vs cylindrical pros and cons

2022/06 A detailed comparison of prismatic vs pouch cells

 

[reko]

2022/12/02 Europe's largest energy storage facility begins operations in Belgium .. 40 lithium-ion mega-batteries .. The centre can store 100 MWh of electricity. Each battery costs around €800,000 and should last for around ten years

 

2022/09 China connects world’s largest redox flow battery system to grid .. The first phase of the project has a capacity of 100 MW/400 MWh .. expected to push the full capacity to 200 MW/800 MWh

 

2022/12/08 Wood Mackenzie: Investment pours in for long-duration energy storage, but scale remains challenge .. US$58 billion of commitments have poured in since 2019.

2022/11 Long duration energy storage to scale in second half of 2030s, says DNV .. DNV also expects solar power to account for 38% of all electricity production by 2050 and that one third of that will be from solar farms with co-located energy storage.

 

2021/11 McKinsey Report: Net-zero power: Long-duration energy storage for a renewable grid .. McKinsey modeling for the study suggests that by 2040, LDES has the potential to deploy 1.5 to 2.5 terawatts (TW) of power capacity—or eight to 15 times the total energy-storage capacity deployed today—globally. Likewise, it could deploy 85 to 140 terawatt-hours (TWh) of energy capacity by 2040 and store up to 10 percent of all electricity consumed. This corresponds to a cumulative investment of $1.5 trillion to $3 trillion (Exhibit 2).

 

2022/09 gelion-opens-battery-plant-and-heres-why-thats-a-big-deal (Zinc-Brom)

GELION PLC GB00BNBQZD59