Graphen kann Batterien, insbesondere LFP-Batterien, grundlegend verändern.

Grafit ist seit Jahren eines der grundlegenden Materialien in den Batterien von Elektroautos, doch seine Verwendung weist ein offensichtliches Problem auf: Er hängt von einer Liefer- und Verarbeitungskette ab, die Druck auf die Rohstoffe ausübt, die zur Herstellung von Batterien benötigt werden. Deshalb entstehen neue Technologien, die darauf abzielen, die Menge an benötigtem Grafit zu verringern oder sogar ganz zu eliminieren. Eine davon ist eCOphite, ein von dem amerikanischen Unternehmen COnovate entwickeltes Material, das Graphenmonoxid als Alternative für den Anoden verwendet.

Der Vorschlag ist interessant, weil er nicht unbedingt vorsieht, den gesamten Graphit in einer Batterie auf einmal zu ersetzen. eCOphite kann als Anodenmaterial oder als Zusatzstoff zusammen mit anderen Materialien verwendet werden, sodass seine Einbeziehung in bereits bestehende Fertigungsprozesse möglich ist. Ziel ist es, die Abhängigkeit vom Graphit zu verringern, ohne die Hersteller dazu zwingen zu müssen, ihre Produktionslinien vollständig umzustrukturieren.

COnovate versichert außerdem, dass das Material aus erneuerbaren Rohstoffen hergestellt werden kann, ohne auf den Abbau von Graphit zurückgreifen zu müssen. Das Unternehmen arbeitet an der Erweiterung seiner Produktion und plant, eCOphite in verschiedenen Anwendungen innerhalb der Lithiumbatterieindustrie einzusetzen.

Doch das auffälligste Merkmal dieser Technologie liegt nicht allein darin, eine Rohstoffart durch eine andere zu ersetzen. eCOphite zielt auch darauf ab, ein konkretes Problem der LFP-Batterien zu lösen – eine Chemie, die aufgrund ihrer Kosten, Haltbarkeit sowie des Fehlens von Nickel und Kobalt im Kathodenmaterial schnell in Elektrofahrzeugen verbreitet wurde.

Eine Referenz, um herauszufinden, wie viel Batterie noch verfügbar ist

LFP-Batterien weisen eine Eigenschaft auf, die zu einem Problem für ihre Steuerungssysteme werden kann: Ihre Spannung bleibt während eines großen Teils des Entladevorgangs relativ konstant. Einfach ausgedrückt ändert sich die Batteriespannung kaum, während ein erheblicher Teil der verfügbaren Energie verbraucht wird.

Dies erschwert es dem Batteriemanagementsystem, allein anhand der Spannung als einer seiner Referenzen genau zu ermitteln, wie viel Energie noch vorhanden ist. Das Problem hängt nicht direkt mit der Kapazität oder der Autonomie der Batterie zusammen, sondern mit der Schwierigkeit, den Ladezustand präzise einzuschätzen.

Hier kommt eCOphite ins Spiel. Laut COnovate kann dieses Material eine leicht identifizierbare Spannungsreferenz in das Verhalten der Batterie einbringen. Dieses zusätzliche Signal würde dem Steuerungssystem einen klareren Referenzpunkt bieten, um den Ladezustand während des Betriebs der Batterie zu berechnen.

Der Unterschied mag gering erscheinen, ist aber von großer Bedeutung. Das Batteriemanagementsystem muss ständig den Zustand der Batterie kennen, um Lade- und Entladevorgänge zu steuern, die Zellen zu schützen und herauszufinden, wie viel Energie genutzt werden kann. Je präziser diese Schätzung ist, desto weniger muss das System auf übermäßig konservative Sicherheitsmargen zurückgreifen.

In einer LFP-Batterie, bei der die Spannungskurve besonders flach ist, kann das Vorhandensein eines zusätzlichen Referenzwertes diese Aufgabe erleichtern. eCOphite soll nicht selbst die Reichweite des Autos erhöhen, sondern dem System ein Signal liefern, das es ihm ermöglicht, besser zu erkennen, wo sich die Batterie innerhalb ihres Einsatzbereichs befindet.

Diese Eigenschaft kann ebenfalls Auswirkungen auf die langfristige Nutzung haben. Eine genauere Schätzung des Ladezustands ermöglicht eine bessere Verwaltung der verfügbaren Energie sowie ein genaueres Verständnis des Batterieverhaltens. COnovate sieht dadurch mögliche Vorteile in Bereichen wie Wartung, Garantieverwaltung sowie Planung des Austauschs oder der Erweiterung von Speichersystemen.

Die Technologie basiert auf dem sogenannten Graphenmonoxid, einem Material, das COnovate speziell für den Einsatz in Batterien entwickelt hat. Das Unternehmen besitzt Patente bezüglich seiner Zusammensetzung und seines Einsatzes in Elektroden und arbeitet seit mehreren Jahren daran, es zu einem Material zu machen, das in ausreichendem Maßstab für kommerzielle Anwendungen hergestellt werden kann.

Eine der Schlüsselvoraussetzungen wird darin bestehen, nachzuweisen, dass die während der Entwicklung erzielten Eigenschaften auch dann beibehalten werden können, wenn das Material in weitaus größeren Mengen hergestellt wird. Der Übergang vom Labor zur industriellen Produktion ist eines der größten Hindernisse für jedes neue Batteriematerial, da es nicht ausreicht, dass es in einer experimentellen Zelle funktioniert: Es muss stabil hergestellt werden können, in die bestehenden Prozesse integriert werden und über Tausende von Zyklen hinweg ein konstantes Verhalten zeigen.

COnovate argumentiert, dass eCOphite kompatibel mit den aktuellen Techniken zur Herstellung von Anoden verwendet werden kann. Dies eröffnet einen anderen Weg im Vergleich zu Technologien, die vorsehen, dass die derzeit von Herstellern verwendeten Materialien und Prozesse vollständig ersetzt werden müssen.

Zusätzlich hat das Unternehmen die Verwendung dieses Stoffes zur teilweisen Reduzierung der Menge an Graphit untersucht. Diese Strategie kann für die Industrie besonders interessant sein, da ein schrittweiser Ersatz viel einfacher umzusetzen ist als ein vollständiger Technologiewechsel.

Quelle | Conovateinc