Eine superlange Akkulaufzeit für Mobiltelefone ist kein Traum mehr! Tech-Giganten setzen stark auf neue Batterietechnologie

Am 16. April, Pekinger Zeit, schrieb Bloomberg heute, dass Elon Musk 5 Milliarden US-Dollar in den Bau einer neuen Batteriefabrik in Nevada investiert habe, um den Strombedarf der Elektrofahrzeuge von Tesla zu decken. Tatsächlich war Microsoft-Gründer Bill Gates bereits 2009 sehr an der neuen Generation der Batterietechnologie interessiert und investierte zwei Jahre später in ein neues Batterieentwicklungsunternehmen. Durch die Beteiligung von Technologiegiganten wie Gates und Musk ist der Wettbewerb um die Batterietechnologie der nächsten Generation noch intensiver geworden.

Nachfolgend der vollständige Text des Artikels:

Professor Donald Sadoway erinnert sich noch immer an eine urkomische E-Mail, die er 2009 von jemandem erhielt, der behauptete, ein Vertreter von Bill Gates zu sein. In der E-Mail hieß es, Gates habe das von Sadovich verfasste Buch „Einführung in die Festkörperchemie“ im Internet gesehen und der reichste Mann der Welt habe wissen wollen, ob er sich bei seinem nächsten Besuch in Boston mit Sadovich treffen könne.

„Ich dachte, es wäre nur ein Studentenstreich“, sagte Sadovy. Er unterrichtet einen sehr beliebten Kurs am MIT. Um eine billige, langlebigere Batterie zu finden, die die Menschen vollständig von nicht sauberer Energie befreien kann, hat er mehr als zehn Jahre damit verbracht, verschiedene Metallmaterialien zu untersuchen. Er hätte es fast vergessen, wenn Gates‘ Assistent nicht eine weitere E-Mail geschickt und Sadovy um eine Antwort gebeten hätte.

Gates investiert in neuen Batterieentwickler

Einen Monat später tauschten Sadoway und Gates in seinem Büro auf dem MIT-Campus Ideen darüber aus, wie der Klimawandel eingedämmt werden könnte. Sie diskutierten über die Fortschritte, die Batterien dabei machen, Solar- und Windenergie dabei zu helfen, gegenüber fossilen Brennstoffen wettbewerbsfähig zu bleiben. Gates sagte, er könne Sadovi jederzeit anrufen, wenn er bereit sei, sein eigenes Unternehmen zu gründen. „Er versprach, in das Unternehmen zu investieren, das ich aufbaute“, sagte Sadovy. „Ohne seine Hilfe wäre diese Reise sehr schwierig gewesen.“

Sadovy war bereit. Er und andere Wissenschaftler haben starke Unterstützung von vielen Startups und namhaften Investmentfirmen erhalten. Sie versuchen, ein heikles Problem zu lösen: Wie lässt sich Energie rund um die Uhr sparen und bereitstellen, damit erneuerbare Energien fossile Brennstoffe in ausreichendem Maße ersetzen können? Wie diese Speicherprojekte die Kunden von Versorgungsunternehmen von der Abhängigkeit vom Übertragungsnetz befreien können, war eines der Themen, die diese Woche auf der Bloomberg New Energy Finance-Konferenz in New York diskutiert wurden.

Heutige Nickel-Cadmium- und Lithium-Ionen-Batterien können diesen Bedarf nicht decken. Sie können weder ein Haus für ein paar Stunden mit Strom versorgen, noch reichen sie für die meisten Autos für eine Reichweite von mehr als 160 Kilometern. Die Kosten für diese Batterie betragen etwa 400 US-Dollar pro Kilowattstunde. Analysten gehen davon aus, dass grüne Energie nur dann flächendeckend gefördert werden kann, wenn die Kosten um die Hälfte gesenkt werden. „Die Entwicklung eines anderen Speichergeräts als Lithiumbatterien ist entscheidend, um den Wert von Elektrofahrzeugen und erneuerbarer Energie voll auszuschöpfen“, sagte Andrew Chung. Er ist Partner bei Khosla Ventures, einer Risikokapitalgesellschaft mit Sitz in Menlo Park, Kalifornien.

Für Erfinder und Investoren ist es endlich an der Zeit, ihr Talent unter Beweis zu stellen. Im vergangenen Jahr entfielen in den USA 45 Prozent der neu erzeugten Elektrizität auf Windturbinen, weltweit waren es 34 Prozent der neu erzeugten Elektrizität auf Solarenergie. Die Speicherung von Energie für Zeiten, in denen die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht weht, war schon immer ein kostspieliges Unterfangen. Manche glauben an die Versprechen der Batterien und meinen, dass sich die Dinge ändern. Im letzten Jahrzehnt haben sie mehr als fünf Milliarden Dollar in diesen Bereich investiert und bemühen sich, entsprechende Technologien so schnell wie möglich auf den Markt zu bringen.

Sie glauben, dass neue Batterien genug saubere Energie speichern können, um den Bedarf eines Autos, eines Hauses oder eines ganzen Campus zu decken. neue Batterien können Energie aus Wind- oder Solarkraftwerken speichern; Sie können Generatoren ersetzen, wodurch der Bedarf an auf fossilen Brennstoffen basierenden Stromerzeugungsanlagen sinkt und die Stromversorgung umweltfreundlicher wird. Das Energiemanagement-Beratungsunternehmen Navigant Consulting sagte, der Markt für neue Energiespeicher werde sich in drei Jahren fast verzehnfachen und 2.400 Megawatt erreichen. Das entspricht der Stromerzeugung von sechs Erdgasturbinen.

Risikokapital beteiligt sich am Wettbewerb der Batterieindustrie

Im Jahr 2011 löste Gates sein Versprechen ein und investierte einen nicht genannten Betrag in Ambri, ein von Sadovi gegründetes Unternehmen. Die Investition ermöglichte die Gründung von Ambri. Gates lehnte eine Stellungnahme ab. Der Milliardär Nick Pritzker und sein Sohn Joby Pritzker investierten über ihre Fonds Prelude Ventures und Tao Invest in das in Pittsburgh ansässige Unternehmen für erneuerbare Energien Aquion Energy.

Bei Aquion rüstet ein Professor der Carnegie Mellon University eine Fabrik um, in der früher Autos der Marke Volkswagen und Fernseher von Sony hergestellt wurden, um neue Batterien für Privathaushalte und Hotels herzustellen. Die Technologie des Lawrence Berkeley National Laboratory in den USA erhielt auch Investitionen des Risikokapitalgebers Vinod Khosla. Die drei größten US-Autohersteller testen derzeit im Labor entwickelte Lithium-Polymer-Batterien, die den Energiebedarf von Autos und Haushalten decken können und voraussichtlich nächstes Jahr auf den Markt kommen.

Da die Vereinigten Staaten, China und Deutschland alle an der Reduzierung der Treibhausgase arbeiten, wird mehr Geld in diese Branche investiert, deren globaler Marktwert 50 Milliarden Dollar beträgt. Der Batteriemarkt deckt alles ab, von Taschenlampen, Solarstrom für Privathaushalte, Inselstromversorgung bis hin zur Speicherung von Netzstrom. Panasonic und LG Electronics dominieren mit ihren Produkten das Feld, viele Startups folgen dicht dahinter. „Dies ist einfach eine wunderbare Zeit und einige Technologien sind so leistungsstark“, sagte Venkat Srinivasan, Leiter der Energiespeicherforschung am Lawrence Berkeley National Laboratory.

Sadovyi war einer der ersten, der die Initiative ergriff und ausging. In diesem Jahr plant er, sechs Prototypen, die jeweils aus Hunderten von Flüssigmetall-Batteriepacks bestehen, an Wind- und Solarparks auf Hawaii, ein Mikronetz in Alaska und ein Umspannwerk von Consolidated Edison in Manhattan zu liefern. Wenn die Nachfrage nach Elektrizität sinkt, speichern die Batterien von Ambri den von Con Edison erzeugten überschüssigen Strom. Wenn dann der Strombedarf der New Yorker steigt, muss Con Edison kein weiteres Kohle- oder Gaskraftwerk in Betrieb nehmen. Stattdessen kann es auf den in den Ambri-Batterien gespeicherten Strom zurückgreifen.

Sadovy ist ein 65-jähriger Kanadier, dem das Bild eines alten Gelehrten als Erfinder nicht gefällt. Sadovy unterrichtete einmal Schüler im Smoking und mit einem Glas Champagner in der Hand. Als er jedoch über Batterien sprach, wirkte es, als würde er wissenschaftliche Forschung betreiben. Sadovy und ein ehemaliger Student perfektionierten schließlich eine knifflige chemische Methode, die Ambris Produkt seiner Meinung nach sowohl hinsichtlich des Preises als auch der Lebensdauer einen Vorteil gegenüber Lithiumbatterien verschafft.

Die Batterie verwendet zwei Metalle mit unterschiedlichen Gewichten und Schmelzpunkten (Sadoway wollte nicht verraten, um welche beiden Metalle es sich handelt). Er verwendet eine Salzschicht, um sie zu trennen, und ein elektrischer Strom kann die Temperatur der beiden Metalle auf bis zu 700 Grad Celsius erhöhen, sodass Elektronen durch das geschmolzene Salz gelangen können. Dadurch kann das Metall mehr Elektrizität speichern. Im Gegensatz zu den in Laptops verwendeten Lithium-Ionen-Batterien, die 400 Mal wiederaufgeladen werden können und eine Lebensdauer von vier Jahren haben, sagt Sadovy, dass sein Akkupack 10.000 Mal wiederaufgeladen werden kann und eine Lebensdauer von mehr als 10 Jahren hat.

Musks 5-Milliarden-Dollar-Glücksspiel

Sony führte die heute allgegenwärtige Lithium-Ionen-Akkutechnologie bereits 1991 ein. Mehrere inhärente Probleme des Akkus und seines brennbaren flüssigen Elektrolyten konnten nie überwunden werden. Sie würden plötzlich Feuer fangen und giftige Lösungen mit Namen wie N-Methylpyrrolidon erfordern. Die Frustration der Anleger wird noch dadurch verstärkt, dass bislang niemand eine konkrete Lösung für eine Produktionssteigerung bei gleichzeitiger Senkung der Preise gefunden hat.

Tesla-Chef Elon Musk sagte, er sei der Herausforderung gewachsen. Zu diesem Zweck gab Musk 5 Milliarden Dollar für den Bau einer großen Fabrik in der Nähe einer Lithiummine in Nevada aus. Dank dieser Batteriefabrik wird der Preis der günstigen Modelle von Tesla bis 2017 auf rund 35.000 Dollar sinken und die Reichweite wird über 200 Meilen betragen. Derzeit kostet Teslas teuerstes Modell S 100.000 US-Dollar. Das bedeutet, dass die Kosten für die nächste Generation von Tesla-Elektrofahrzeugen etwa ein Drittel der Kosten des Modells S betragen werden.

Mehrere Analysten schätzen, dass die Batteriekosten von Tesla weniger als 400 Dollar pro Kilowattstunde betragen werden. Musk hat gesagt, er wolle die Batteriekosten um 30 Prozent senken. Tesla lehnte es ab, sich zu den Batteriepreisen zu äußern. Kritiker hatten zuvor darauf hingewiesen, dass Tesla durch die Anbindung an das flächendeckende Stromnetz sein „grünes Label“ verloren habe. Musk reagierte auf die Kritik mit dem Versprechen, Häuser mit Solarmodulen und einige Ladestationen auszustatten.

Im Jahr 2007 startete die Risikokapitalgesellschaft Kleiner Perkins Caufield & Byers (im Folgenden „KPCB“) aus dem Silicon Valley eine groß angelegte Kampagne zur schrittweisen Abschaffung von Lithium-Ionen-Batterien. Es wirft lediglich eine einfache Frage auf: Welcher Batterietyp ist die ideale Batterie? Die Risikokapitalgesellschaft, die dafür bekannt ist, bekannte Technologieunternehmen wie Netscape und Google zu entdecken, versammelte eine große Zahl von Analysten und Partnern in ihrem Hauptsitz in Menlo Park.

Laut Ray Lane, einem Partner bei KPCB, erstellten sie eine Liste mit „unmöglichen Produktanforderungen“ und machten sich dann daran, die Technologie zu finden – hoffentlich versteckt in einem Chemielabor – und bereiteten ihre weitere Verbesserung und schließlich Markteinführung vor. KPCB schickte Firmenpartner und Mitbegründer von Sun Microsystems Bill Joy und David Wells von der Abteilung für grüne Technologien von KPCB nach Pittsburgh.

Die beiden besuchten Jay Whitacre, der einen Doktortitel in Materialwissenschaften hat. Waitakere ist groß und dünn und fährt besonders gern Fahrrad. Er studierte Batteriechemie und lehrte gleichzeitig die Entwicklung zukünftiger Materialien an der Carnegie Mellon University. „Es gibt nur eine Handvoll Technologien, die Lithium-Ionen-Batterien übertreffen können. Jay Whitacre ist der Einzige, der behauptet, er könne es schaffen. Ich habe ihm zunächst nicht geglaubt“, sagte Raney, ehemaliger Präsident des Softwaregiganten Oracle und heute Vorstandsvorsitzender von Aquion und der Carnegie Mellon University.

Streben Sie nach einer Senkung der Batteriekosten

Ob Sie ihm glauben oder nicht, KPCB möchte sich diese Gelegenheit nicht entgehen lassen. Im Jahr 2008 gab KPCB Whitacre 1,6 Millionen Dollar, um die Forschung zu beschleunigen. Schließlich entwickelte er einen neuen Batterietyp auf Basis einer verbesserten Version der Salzwasserbatterie, die im Jahr 1800 von Alessandro Volta, dem „Vater der Batterie“, erfunden wurde. Sechs Monate später ist der heute 43-jährige Whitacre bereit, seine auf Natrium basierende Energiespeicherbatterie aus dem Labor der Carnegie Mellon University zu holen. Er rief Aquion an, um mehr über die Technologie der wasserlöslichen Ionenchemie zu erfahren.

Lani und seine Partner waren mit den ersten Fortschritten der Waitakere-Forschung so zufrieden, dass sie sich 2009 bereit erklärten, weitere 7 Millionen Dollar zu investieren. KPCB half Aquion außerdem dabei, 172 Millionen US-Dollar von Investoren wie Gates und den Pritzkers einzusammeln. Nick Pritzker ist der Cousin von Jay Pritzker, dem 1999 verstorbenen Gründer der Hyatt Hotels Corporation. Als privates Unternehmen akzeptiert Aquion keine individuellen Investitionen. Aquion-CEO Scott Pearson sagte, das könne sich im nächsten Jahr ändern: „Wir sind nur noch einen Schritt von einem Börsengang oder einer Aktientransaktion entfernt.“

Aquion mietet ein dreistöckiges Gebäude aus rotem Backstein in einem abgelegenen Teil von Pittsburgh, nahe genug an Whitakeres Wohnort und 4 km mit dem Fahrrad vom Campus entfernt. Whitakere erinnert sich, dass er an einem Februartag in der Nähe des Allegheny River, als ein starker Wind wehte, einen neuen Batterietyp entwickelte, der in Haushalten oder Krankenhäusern eingesetzt werden konnte und der billigste, langlebigste und ungiftigste Batterietyp auf dem Markt war.

Es bietet eine Akkulaufzeit von mindestens 8 Stunden und kann die tagsüber gespeicherte Sonnenenergie freisetzen. Waitakere zeigt die Früchte seiner Arbeit: ein 28,6-Kilowattstunden-Batteriemodul in der Größe eines Wäschetrockners. Damit können Haushaltsgeräte wie Kühlschränke, Kaffeemaschinen und Wasserkocher mit Strom versorgt werden.

30 Meilen östlich des roten Backsteingebäudes ist die Roboterausrüstung von Aquion schwer im Einsatz. Ursprünglich wurde die automatisierte Anlage zum Verpacken von Pralinen verwendet, heute werden damit jedoch Klumpen aus Ruß und Manganpulver herausgeholt, die dann in Behälter gegeben und mit Salzlake gefüllt werden. Heute sind 50 Paletten mit verpackten Batterien auf dem Weg nach Big Island, Hawaii, um ein 8 Hektar großes Gebäude mit Strom zu versorgen, das Earl Bakken gehört, dem Erfinder eines externen, tragbaren Herzschrittmachers. Sie werden den von 512 Solarmodulen erzeugten Strom speichern und so Propangasmotoren ersetzen.

Waitakere arbeitet mit Hochdruck an der Produktion von genügend Batterien, um 200 Megawattstunden Strom zu speichern. Ursprünglich hatte er geplant, Strom an Einheimische zu verkaufen, die Dieselgeneratoren nutzten. „Inseln und Mikronetze sind die ersten wichtigen Märkte für unsere Produkte“, sagte er. Aquion verfügt derzeit nur über eine Produktionslinie und das Unternehmen hofft, irgendwann vier weitere hinzuzufügen. Laut Aquion-CEO Persson könnten die Batteriekosten dadurch möglicherweise auf bis zu 100 Dollar pro Kilowattstunde gesenkt werden.

Der Wettlauf um die Entwicklung neuer Batterietechnologien

Auch der Chemieingenieur Hany Eitouni versucht, solche billigen Batterien mit einer Technik herzustellen, die er am Lawrence Berkeley National Laboratory erfunden hat. Das von Etoni verwendete poröse Material ermöglicht den Elektronenfluss in die neue Trockenlithiumbatterie. Khosla Ventures und Samsung Venture Investment investierten 17 Millionen Dollar in Seeo, wo Etony arbeitet. Das Unternehmen hat seit 2007 mehr als 42 Millionen US-Dollar an Risikokapital aufgebracht.

Etoni, 37, sagte, seine neueste Lithium-Ionen-Polymerbatterie habe die Größe eines Aktenkoffers und könne pro Gewichtseinheit zwei- bis dreimal mehr Energie speichern als die heutigen Flüssiglithiumbatterien. Diese Speicherkapazität ist entscheidend für Elektrofahrzeuge, die eine Reichweite von mehr als 200 Meilen pro Ladung haben. Darüber hinaus, so Ettouni, verliere seine Festpolymerbatterie weniger Energie in Form von Wärme, was bei der aktuellen Generation von Lithium-Ionen-Batterien ein häufiges Problem sei.

Als sich Nebel über dem East Bay Industrial Park zu legen begann, begannen in weißen Kitteln und mit Schutzbrillen gekleidete Techniker von Seeo mit der Handhabung aggressiver Chemikalien, die zum Reinigen der Metalle im Inneren von Batterien verwendet werden. Mehrere Maschinen rollen 40 Lagen Lithiummetallfolie zu einem Zylinder mit zwei Polymerschichten, die in eine Beutelform extrudiert werden. Etoni prahlt damit, dass die Bestehensnote seiner Batterie bei „ungefähr 95 Punkten“ liege.

Hal Zarem, CEO von Seeo, sagte, dass Seeo in den nächsten Jahren damit rechne, die Batteriekosten auf unter 100 Dollar pro Kilowattstunde zu senken, wenn das Unternehmen seine besten Designs in die Serienproduktion überführe. „Wenn die Produktion hochgefahren wird, werden die Batterien von Seeo sehr günstig sein“, sagte Jeremy Neubauer, leitender Ingenieur am Transportation Technology and Systems Research Center des National Renewable Energy Laboratory.

Laut Phil Giudice, dem Geschäftsführer von Ambri, werden neue Batterien erneuerbare Energien dank der Investitionen einiger der größten Namen der Technologiebranche letztendlich wettbewerbsfähig gegenüber fossilen Brennstoffen machen. „Khosla, Gates, Musk, die Pritzkers – sie alle arbeiten daran, die Welt zu einem besseren Ort zu machen, und sind von dieser Aussicht begeistert. Sie erreichen das scheinbar Unmögliche“, sagte Giudice. „Mit jedem Tag, der vergeht, kommen wir diesem Ziel ein Stück näher.“

Als Gewinner des Qingyun-Plans von Toutiao und des Bai+-Plans von Baijiahao, des Baidu-Digitalautors des Jahres 2019, des beliebtesten Autors von Baijiahao im Technologiebereich, des Sogou-Autors für Technologie und Kultur 2019 und des einflussreichsten Schöpfers des Baijiahao-Vierteljahrs 2021 hat er viele Auszeichnungen gewonnen, darunter den Sohu Best Industry Media Person 2013, den dritten Platz beim China New Media Entrepreneurship Competition Beijing 2015, den Guangmang Experience Award 2015, den dritten Platz im Finale des China New Media Entrepreneurship Competition 2015 und den Baidu Dynamic Annual Powerful Celebrity 2018.