Fortgeschrittene EV-Batterien gelangen von den Labors zur Massenproduktion

SAN JOSE, CA – Seit Jahren suchen Wissenschaftler in Labors vom Silicon Valley bis Boston nach einer schwer fassbaren Dosis von Chemikalien, Mineralien und Mineralien, die es Elektrofahrzeugen ermöglichen würden, in Minuten aufzuladen und Hunderte von Kilometern zwischen den Ladevorgängen zurückzulegen, und das alles für a niedrigere Kosten Viele Batterien sind jetzt verfügbar.

Einige dieser Stipendiaten und die von ihnen gegründeten Unternehmen stehen kurz vor einem Meilenstein. Sie bauen Fabriken für die Produktion Batteriezellen der nächsten Generationsodass Autohersteller damit beginnen können, die Technologien auf der Straße zu testen und festzustellen, ob sie sicher und zuverlässig sind.

Der Fabrikbetrieb ist meist in seinem Umfang begrenzt und auf perfekte Fertigungstechniken ausgelegt. Es wird noch einige Jahre dauern, bis Autos mit Hochleistungsbatterien in den Verkaufsräumen erscheinen, und noch länger, bis Batterien in preisgünstigen Autos verfügbar sind. Doch der Beginn der Fließbandfertigung bietet verlockende Aussichten auf eine Revolution in der Elektromobilität.

Wenn die Technologien in Massenproduktion hergestellt werden können, könnten Elektrofahrzeuge mit Fahrzeugen mit fossilen Brennstoffen in Bezug auf Komfort und niedrigeren Preis konkurrieren. Schadstoffemissionen aus dem Autoverkehr können deutlich reduziert werden. Technologen können leicht Milliardäre werden – wenn sie es nicht schon sind.

Für Dutzende junger Unternehmen, die an neuen Arten von Batterien und Batteriematerialien arbeiten, ist der Ausbruch aus abgelegenen Labors unter den rauen Bedingungen der realen Welt der Moment der Wahrheit.

Batteriezellen millionenfach in einer Fabrik zu produzieren, ist viel schwieriger als einige hundert in einem Reinraum – einem Raum, der auf Schadstoffreduzierung ausgelegt ist.

„Nur weil Sie ein Material haben, das das Recht hat zu funktionieren, heißt das noch lange nicht, dass Sie es auch funktionieren lassen können“, sagte Jagdeep Singh, Gründer und CEO von QuantumScape, einem Batteriehersteller in San Jose, Kalifornien. Silicon Valley. „Man muss wissen, wie man es fehlerfrei und mit hoher Gleichmäßigkeit herstellt.“

Neben den Risiken, die Technologieaktien sinken Er hat Milliarden von Dollar aus dem Wert börsennotierter Batterieunternehmen gezogen. Es wird für sie nicht einfach sein, das Geld aufzubringen, das sie für den Aufbau von Produktionsbetrieben und die Bezahlung ihrer Mitarbeiter benötigen. Die meisten von ihnen haben kein oder nur ein geringes Einkommen, weil sie noch nicht mit dem Verkauf des Produkts begonnen haben.

QuantumScape wurde kurz nach dem Börsengang im Jahr 2020 an der Börse mit 54 Milliarden US-Dollar bewertet. Zuletzt wurde es mit rund 4 Milliarden US-Dollar bewertet.

Das hat das Unternehmen nicht davon abgehalten, mit einem Werk in San Jose voranzuschreiten, das bis 2024, wenn alles gut geht, in der Lage sein wird, Hunderttausende von Zellen zu eliminieren, sodass Autos in weniger als 10 Minuten aufgeladen werden können. Autohersteller werden die Werksleistung verwenden, um zu testen, ob die Batterien holprigen Straßen, Kälteeinbrüchen, Hitzewellen und Autowaschanlagen standhalten.

Autohersteller werden auch wissen wollen, ob Batterien hunderte Male wieder aufgeladen werden können, ohne ihre Fähigkeit zur Stromspeicherung zu verlieren, ob sie einen Unfall überleben, ohne Feuer zu fangen, und ob sie kostengünstig hergestellt werden können.

Es ist nicht sicher, ob alle neuen Technologien halten, was ihre Erfinder versprechen. Kürzere Ladezeiten und eine längere Reichweite könnten auf Kosten der Batterielebensdauer gehen, sagte David Dick, ein ehemaliger Tesla-CEO, der jetzt als Berater für Batteriematerialien arbeitet. „Die meisten dieser neuen materialistischen Konzepte bringen enorme Leistungsmessungen mit sich, machen aber bei etwas anderem Kompromisse“, sagte Mr. Dick.

Mit der Unterstützung von Volkswagen, Bill Gates und einer Berühmtheit aus dem Silicon Valley zeigt Quantumscape jedoch, wie viel Vertrauen und Geld in Unternehmen gesteckt wurde, die behaupten, all diese Anforderungen erfüllen zu können.

Herr Singh war früher ein Hersteller von Kommunikationsausrüstung und gründete QuantumScape im Jahr 2010, nachdem er den Roadster, Teslas erstes Serienauto, gekauft hatte. obwohl Notorische Roadster-UnzuverlässigkeitMr. Singh ist davon überzeugt, dass Elektroautos die Zukunft sind.

„Das reichte aus, um einen Eindruck davon zu vermitteln, was hätte sein können“, sagte er. Er erkannte, dass der Schlüssel eine Batterie war, die mehr Energie speichern kann, und dass „der einzige Weg, dies zu tun, darin besteht, nach einer neuen Chemie und einem chemischen Durchbruch zu suchen“.

Herr Singh arbeitete mit Fritz Prinz, einem Professor an der Stanford University, und Tim Holme, einem Forscher in Stanford, zusammen. John Doerr, berühmt dafür, ein früher Investor bei Google und Amazon zu sein, stellte das Startkapital zur Verfügung. JB Straubel, einer der Gründer von Tesla, war ein weiterer früher Unterstützer und ist Mitglied des Vorstands von QuantumScape.

Nach Jahren des Experimentierens hat Quantumscape ein keramisches Material entwickelt, dessen genaue Zusammensetzung ein Geheimnis ist, das die positiven und negativen Pole von Batterien trennt, wodurch Elektronen hin und her fließen können, während Kurzschlüsse vermieden werden. Diese Technologie ermöglicht es, eine feste Lösung durch eine flüssige Lösung zu ersetzen, die Energie zwischen den positiven und negativen Elektroden der Batterie transportiert, wodurch mehr Energie pro Pfund gepackt werden kann.

„Wir haben die ersten fünf Jahre damit verbracht, nach einer Substanz zu suchen, die wirken könnte“, sagte Herr Singh. „Und nachdem wir dachten, wir hätten einen gefunden, haben wir weitere fünf Jahre damit verbracht, ihn richtig zu machen.“

Obwohl es sich technisch gesehen um eine „Pilot“-Fertigungslinie handelt, ist das Quantumscape-Werk in San Jose fast vier Fußballfelder groß. Zuletzt warteten reihenweise leere Kabinen mit schwarzen Drehstühlen auf neue Mitarbeiter, Maschinen standen auf Paletten bereit zum Einbau.

In Labors rund um das Silicon Valley und anderswo verfolgen Dutzende, wenn nicht Hunderte anderer Unternehmer ein ähnliches technologisches Ziel und stützen sich dabei auf die Beziehung zwischen ihnen Risikokapital und Bachelor-Forschung, die das Wachstum der Halbleiter- und Softwareindustrie vorangetrieben hat.

Ein weiterer bemerkenswerter Name ist SES AI, das 2012 auf der Grundlage einer am MIT entwickelten Technologie gegründet wurde. SES wird von General Motors, Hyundai und Honda, den chinesischen Autoherstellern Geely und SAIC sowie dem südkoreanischen Batteriehersteller SK Innovation unterstützt. März , SES mit Hauptsitz in Woburn, Massachusetts., eröffnete eine Fabrik in Shanghai, die Prototypzellen herstellt. Das Unternehmen plant, ab 2025 die Automobilhersteller in großen Stückzahlen zu beliefern.

Die Aktien von SES fielen ebenfalls, aber Qichao Hu, CEO und Mitbegründer, sagte, er sei nicht besorgt. „Das ist eine gute Sache“, sagte er. „Wenn der Markt schlecht ist, wird nur das Gute bleiben. Es wird der Industrie helfen, ihn neu zu ordnen.“

SES und andere Batterieunternehmen sagen, dass sie die grundlegenden wissenschaftlichen Hürden gelöst haben, die erforderlich sind, um Zellen herzustellen, die sicherer, billiger und stärker sind. Jetzt geht es darum herauszufinden, wie man sie millionenfach herausbekommt.

„Wir sind zuversichtlich, dass die verbleibenden Herausforderungen technischer Natur sind“, sagte Doug Campbell, CEO von Solid Power, einem von Ford Motor und BMW unterstützten Batteriehersteller. Solid Power mit Sitz in Louisville, Colorado, gab im Juni bekannt, dass es eine Pilotproduktionslinie installiert hat, die bis Ende des Jahres mit der Lieferung von Zellen zu Testzwecken an seine Autopartner beginnen wird.

Tesla hat indirekt viele Startups im Silicon Valley hervorgebracht. Das Unternehmen hat eine Generation von Batterieexperten ausgebildet, von denen viele das Unternehmen verlassen und für andere Unternehmen gearbeitet haben.

Jane Berdashevsky, CEO und Mitbegründerin von Sila In Alameda, Kalifornien, ist er ein Tesla-Urgestein. Berdishevsky wurde in der Sowjetunion geboren und wanderte im Alter von neun Jahren mit seinen Eltern, beide Elektroingenieure auf Atom-U-Booten, in die Vereinigten Staaten aus. Er erwarb sowohl einen Bachelor- als auch einen Master-Abschluss in Stanford und wurde dann der siebte Mitarbeiter bei Tesla, wo er an der Entwicklung der Roadster-Batterie mitwirkte.

Berdichevsky sagte, Tesla habe die Batterieindustrie für Elektroautos effektiv geschaffen, indem es gezeigt habe, dass die Menschen Elektroautos kaufen würden, und traditionelle Autohersteller gezwungen habe, sich auf die Technologie zu verlassen. Er sagte: „Das wird die Welt elektrisch machen, jeder wetteifert darum, ein besseres Elektroauto zu bauen.“

Sila gehört zu einer Gruppe von Start-ups, die Materialien entwickelt haben, die die Leistung bestehender Batteriedesigns erheblich verbessern und die Reichweite um 20 Prozent oder mehr erhöhen. Weitere Unternehmen sind Group14 Technologies in Woodinville, Washington, in der Nähe von Seattle, das von Porsche unterstützt wird, und OneD Battery Sciences in Palo Alto, Kalifornien.

Alle drei haben Wege gefunden, Silizium zur Speicherung von Elektrizität in Batterien zu verwenden, anstatt das in aktuellen Designs vorherrschende Graphit. Silizium kann viel mehr Energie pro Pfund enthalten als Graphit, wodurch Batterien leichter, billiger und schneller aufgeladen werden können. Silizium könnte auch die Abhängigkeit der Vereinigten Staaten von Graphit verringern Wiederholt in China.

Der Nachteil von Silikon ist, dass es beim Laden auf das Dreifache anschwillt, was Bauteile bis zum Ausfall des Akkus belasten kann. Leute wie Yimin Zhu, Chief Technology Officer von OneD, haben ein Jahrzehnt damit verbracht, verschiedene Mischungen in Labors herzustellen, die mit Geräten überfüllt sind, und nach Wegen gesucht, dieses Problem zu umgehen.

Jetzt befinden sich Sila, OneD und Group14 in verschiedenen Phasen des Hochfahrens der Produktion an Standorten im Bundesstaat Washington.

Im Mai gab Sila einen Vertrag zur Lieferung von Silikon an Mercedes-Benz aus einem Werk in Moses Lake, Washington, bekannt, und Mercedes plant, das Material ab 2025 in Luxussportwagen einzusetzen.

Porsche hat Pläne angekündigt, Silikon der Gruppe 14 bis 2024 zu verwenden, wenn auch in einer begrenzten Anzahl von Fahrzeugen. Rick Lobby, CEO von Group 14, sagte, dass ein großer Hersteller die Technologie des Unternehmens im nächsten Jahr verwenden wird, die es ihm ermöglichen wird, das Auto in 10 Minuten aufzuladen.

„An diesem Punkt sind alle Vorteile von Elektroautos ohne Nachteile zugänglich“, sagte Herr Loeb.

Die Nachfrage nach Batterien ist so stark, dass es für viele Unternehmen viel Raum zum Erfolg gibt. Aber mit Dutzenden, wenn nicht Hunderten anderer Unternehmen, die um einen Billionen-Dollar-Marktanteil kämpfen, wenn alle neuen Autos elektrisch sind, wird es sicherlich Misserfolge geben.

„Bei jeder neuen Fertigungsindustrie beginnt es mit vielen Akteuren und wird immer enger“, sagte Herr Loeb. „Das werden wir hier sehen.“