Laut einer neuen Analyseplattform für künstliche Intelligenz (KI), die technologische Durchbrüche auf der Grundlage globaler Patentdaten vorhersagt, dürfte Graphen bis Mitte der 2030er Jahre den Batteriemarkt für Elektrofahrzeuge (EV) revolutionieren.
Da der globale Übergang zu einem elektrifizierten Transportsystem immer schneller voranschreitet, wird die Suche nach der perfekten Batterie für Elektrofahrzeuge, die das ideale Gleichgewicht zwischen Kosten, Energiedichte, Sicherheit und Umweltverträglichkeit bietet, immer wichtiger. Es gibt rund ein Dutzend Batteriechemieunternehmen, die um die Marktherrschaft konkurrieren. Wer als Sieger hervorgehen wird, ist die wahre Billionen-Dollar-Frage. Zumindest kurzfristig dürften traditionelle Lithium-Batterien ihren Marktanteil behalten, während Natrium-Batterien für bestimmte Anwendungen eine günstige und umweltfreundliche Alternative darstellen, so eine neue Studie von Focus, einer KI-Analyseplattform prognostiziert technologische Durchbrüche auf der Grundlage globaler Patentdaten. Es sind jedoch die aufkommenden Graphen- und Dual-Ionen-Batterien, die den Markt eines Tages wahrscheinlich wirklich revolutionieren werden.
Die Forschung deutet darauf hin, dass vor allem Graphenbatterien Anfang bis Mitte der 2030er Jahre auf den Markt kommen werden, um ihren Lithium-Pendants den Platz in Elektrofahrzeugen zu streitig zu machen, da der Preis für die Graphenproduktion stark sinkt. Diese Entwicklung verspricht nicht nur eine deutliche Verbesserung der Leistung von Elektrofahrzeugen, sondern auch einen Segen für die Energieeffizienz und die COXNUMX-Reduktionsziele. „Wenn es eine Batterietechnologie gibt, die man im Auge behalten sollte, dann ist es Graphen“, sagt Jard van Ingen, CEO und Mitbegründer von Focus.
Die jungen Prätendenten
Focus analysiert den aktuellen Stand der Batteriechemie für Elektrofahrzeuge und prognostiziert, welche davon in den kommenden Jahren dominieren werden. Mithilfe eines Ansatzes, der von Forschungen des Massachusetts Institute of Technology inspiriert wurde, verarbeitet die Focus-Plattform große Mengen globaler Patentdaten in Echtzeit mithilfe von drei Arten von KI: Große Sprachmodelle führen kontinuierliche Recherchen in globalen Patentdatenarchiven durch, um Technologie-Scouting, -Bewertungen und -Vergleiche durchzuführen ; Die Vektorsuche bietet Echtzeitinformationen zur globalen Innovations- und Technologielandschaft. und die multivariate Regression bietet prädiktive Analysen durch die Identifizierung von Beziehungen zwischen Daten und realen Ergebnissen. Focus berechnet „Technology Readiness Levels“ für den Reifegrad von Batterietechnologien und eine „Technology Improvement Rate“, um die Leistungssteigerung verschiedener Batteriechemien pro Dollar und Jahr zu messen.
„Im Wesentlichen geht es bei Elektrofahrzeugen darum, den optimalen Kompromiss zwischen Energiedichte, Sicherheit, Kosten und Nachhaltigkeit zu finden“, sagt Kacper Gorski, Betriebsleiter von Focus. „Jede dieser Chemikalien bringt etwas Einzigartiges mit sich und ihre Entwicklung wird die Zukunft der Elektromobilität prägen. Die entscheidende Frage ist jedoch: Welche kommen tatsächlich schnell voran und welche werden überbewertet?“
Focus stellte fest, dass sich alle Lithium-basierten Batterietechnologien mit ähnlicher Geschwindigkeit verbessern. Die derzeit vorherrschenden Chemien Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt und Lithium-Eisenphosphat verbessern sich im Jahresvergleich (im Jahresvergleich) um 30 % bzw. 36 %. Lithium-Schwefel-Batterien verbessern sich im Jahresvergleich um 30 % und Siliziumanoden um 32 %, was bedeutet, dass das Paar den Markt wahrscheinlich nicht stören wird – wirklich bahnbrechende Technologien weisen eine Verbesserungsgeschwindigkeit auf, die deutlich und durchweg höher ist als die ihrer Konkurrenten. Auch wenn viel über das Potenzial von Festkörper-Lithiumbatterien geschrieben wurde, stellte Focus fest, dass sich die Technologie im Vergleich zum Vorjahr nur um 31 % verbessert, was bedeutet, dass auch sie die etablierten Unternehmen wahrscheinlich nicht stören wird.
Das Gleiche gilt für ähnlich gepriesene Natriumbatterien, die eine Verbesserungsrate von 33 % aufweisen – womit sie innerhalb eines Messfehlers von Lithium-Eisenphosphat-Batterien liegen. Van Ingen erklärt, dass Natriumbatterien eine relativ geringe Energiedichte haben, was die Kilometerleistung begrenzt, die sie Elektrofahrzeugen bieten können, ohne das Fahrzeug zu stark zu belasten. Sinnvoll wären sie jedoch für die stationäre Lagerung, bei der das Gewicht kein limitierender Faktor ist. „Wenn Sie also nur relativ günstige Batterien für den Netzbedarf benötigen, dann sind Natriumbatterien sehr sinnvoll“, sagt er. „Sie könnten sogar für Elektrofahrzeuge der unteren Preisklasse funktionieren – wirklich billige Fahrzeuge in Großserie, die für kurze Distanzen konzipiert sind. Es handelt sich um eine sich relativ schnell weiterentwickelnde Technologie, sie wird den Markt jedoch nicht vollständig revolutionieren.“
Es sind einige der neueren Batteriechemien, die für die meiste Aufregung sorgen. Magnesium-Schwefel-Batterien verbessern sich im Jahresvergleich um 24.4 %, Magnesium-Ionen-Batterien um 26 %, Nanodraht-Batterien um 35 % und Kalium-Ionen-Batterien um 36 %. Allerdings verblassen diese alle im Vergleich zu Graphenbatterien, die im Jahresvergleich satte 48.8 % verbessern, oder Dual-Ionen-Batterien, die eine Verbesserungsrate von 48.5 % im Jahresvergleich vorweisen können. „Da die Verbesserungsgeschwindigkeiten von Graphen- und Dual-Ionen-Batterien deutlich und durchweg höher sind als bei anderen Batteriechemien, können diese als disruptiv angesehen werden“, sagt van Ingen.
Focus glaubt jedoch, dass Graphenbatterien im direkten Vergleich der beiden Chemien das größere Potenzial haben, da die Forschung weiter entwickelt und das Element allgegenwärtiger ist. Die Technologie bietet einen enormen Leistungsschub für Elektrofahrzeuge und verspricht hohe Energiedichten, eine längere Lebensdauer (die Anzahl der Lade- und Entladezyklen, die eine Batterie durchführen kann, bevor sie an Leistung verliert) und schnelles Laden. Sein größter Nachteil sind derzeit die unerschwinglichen Kosten, die durch den unglaublich hohen Preis der Graphenproduktion verursacht werden.
„Graphen ist ein wirklich grundlegendes Material, das aus jeder Kohlenstoffquelle gewonnen wird“, sagt van Ingen. „Das Grundmaterial ist wirklich reichlich vorhanden, es ist überall, aber die Art und Weise, es in Graphen umzuwandeln, ist die Grenze.“ Aktuelle Produktionsmethoden sind viel zu teuer.“
Graphenbatterien, der wahre Disruptor
Damit Graphenbatterien den Markt für Elektrofahrzeuge revolutionieren können, müssen die Kosten für die Graphenproduktion deutlich gesenkt werden. Graphen wird derzeit für etwa 200,000 US-Dollar pro Tonne oder 200 US-Dollar pro Kilogramm (kg) produziert. Es lässt sich schwer vorhersagen, wie günstig die Produktion sein muss, bevor Hersteller damit beginnen, es in ihren Batterien zu verwenden, aber Focus geht davon aus, dass dies passieren wird, wenn Graphen mit Lithium vergleichbar wird.
Die Herstellungskosten für Lithiumcarbonat liegen derzeit bei etwa 16 US-Dollar pro Kilogramm, und Analysten gehen davon aus, dass der Preis im Jahr 30 um weitere 11 % auf 2024 US-Dollar pro Kilogramm sinken könnte. Die Prognosemethode von Focus schätzt die Verbesserungsgeschwindigkeit der Graphenproduktion auf 36.5 % gegenüber dem Vorjahr. Unter der Annahme eines aktuellen Preises von 200 US-Dollar pro Kilogramm und eines Zielpreises von 11 US-Dollar pro Kilogramm prognostiziert Focus, dass die Graphenproduktion etwa im Jahr 2031 so günstig sein wird, dass das Material seinen Weg in die Batteriechemie erzwingen kann.
Laut Focus arbeiten derzeit rund 300 Organisationen an der Graphen-Batterietechnologie. Unter den Top-Ten-Unternehmen, die am besten positioniert sind, um den Batteriemarkt mit Graphen zu revolutionieren, stuft Focus die Global Graphene Group als Spitzenreiter ein. Seine Tochtergesellschaft, Honeycomb Battery Company, gab kürzlich einen wegweisenden Kombinationsvertrag mit Nubia Brand International bekannt, der darauf abzielt, die Produktions- und Forschungskapazitäten von Honeycomb zu verbessern, wobei der Schwerpunkt auf fortschrittlicher Batterietechnologie für Elektrofahrzeuge liegt.
Auch StoreDot, das einzige Start-up in den Top Ten, hat im Jahr 2023 beeindruckende Fortschritte gemacht. Das Unternehmen plant, im Jahr 100 seine „5in2024“-Batteriezellen in Massenproduktion herzustellen. Diese Zellen sind für eine Reichweite von mindestens 100 Meilen ausgelegt mit nur fünf Minuten Ladezeit. StoreDot hat strategische Vereinbarungen mit Unternehmen wie Volvo Cars (Geely), VinFast und Flex|N|Gate getroffen. Anfang 2024 arbeitete das Unternehmen mit Polestar von Volvo Cars an der weltweit ersten zehnminütigen Demo zum Laden von Elektrofahrzeugen. Die Batteriequalität wurde nach Tests durch 15 weltweit führende Hersteller validiert und zeigte selbst nach 1,000 aufeinanderfolgenden „extrem schnellen Ladezyklen“ keine Verschlechterung.
Toray Industries hingegen wurde von Focus als der am schnellsten iterierende Akteur (mit der niedrigsten Zykluszeit) identifiziert. Das Unternehmen hat in seiner Graphenbatterieforschung erhebliche Fortschritte gemacht und eine ultradünne Graphendispersionslösung mit ausgezeichneter Fließfähigkeit sowie elektrischer und thermischer Leitfähigkeit entwickelt – besonders vorteilhaft für Anwendungen wie Batterie- und Verkabelungsmaterialien. Damit ist Toray in der Lage, aus kostengünstigen Graphitmaterialien sehr dünnes, hochwertiges Graphen herzustellen. Laut Toray bietet die Technologie eine um 50 % längere Batterielebensdauer als herkömmliche Kohlenstoff-Nanoröhrchen, die als Leitmittel verwendet werden.
„Mit Blick auf die Zukunft besteht der größte Engpass bei Graphenbatterien derzeit darin, eine Produktionsmethode zu finden, mit der dies wirklich in großem Maßstab möglich ist“, schließt van Ingen. Es handelt sich immer noch um ein Gebiet, das größtenteils von der Forschung dominiert wird, aber laut Focus wird dies es innerhalb des nächsten Jahrzehnts in die reale Welt hinauskatapultieren.
Quelle aus Nur Auto
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