Diese 3D

Dieser Artikel ist eine Folge von Future Explored, einem wöchentlichen Leitfaden zu weltverändernder Technologie. Sie können Geschichten wie diese jeden Donnerstagmorgen direkt in Ihren Posteingang erhalten, indem Sie sich hier anmelden.

Das Silicon-Valley-Startup Sakuu hat eine 3D-Druckplattform entwickelt, die angeblich Festkörperbatterien in jeder Form und Größe in Massenproduktion herstellen kann – und die es uns endlich ermöglicht, die vielen Vorteile der Technologie zu nutzen.

„Wir glauben, dass wir mit unserer neuartigen Kavian-Plattform die einzige bekannte Lösung für die Herstellung von Festkörperbatterien im großen Maßstab haben“, sagte Robert Bagheri, Gründer und CEO von Sakuu.

Festkörperbatterien: Die meisten heutigen batteriebetriebenen Geräte basieren auf Lithium-Ionen-Batterien, die sich schnell verschlechtern, lange zum Aufladen benötigen und manchmal Feuer fangen können. Dies macht sie für Elektrofahrzeuge (EVs), die Speicherung erneuerbarer Energien und andere Anwendungen zur Bekämpfung des Klimawandels nicht ideal.

Festkörperbatterien könnten die Dominanz von Lithium-Ionen-Akkus herausfordern.

„Festkörperbatterien sind meiner Meinung nach eines der wichtigsten Themen, die mich sehr begeistern.“

Sie bestehen aus den gleichen Grundbestandteilen: einer positiv geladenen Kathode, einer negativ geladenen Anode, einem Separator zwischen beiden und einem Elektrolyten, der den Strom von der Kathode zur Anode leitet (und umgekehrt, wenn die Batterie geladen wird).

Der Unterschied bei einer Festkörperbatterie ist der Elektrolyt: Es handelt sich nicht um eine Flüssigkeit oder ein Gel, sondern um ein festes Material.

Warum es wichtig ist:Festkörperbatterien haben gegenüber ihren Lithium-Ionen-Gegenstücken viele Vorteile: Sie verschlechtern sich nicht so schnell, haben kürzere Ladezeiten und stellen ein geringeres Sicherheitsrisiko dar.

Sie haben auch eine höhere Energiedichte, was bedeutet, dass sie mehr Energie speichern oder die Größe unserer Batterien reduzieren könnten. Dies könnte bei Elektrofahrzeugen enorm sein, bei denen die Größe und das Gewicht der Batterie ein großes Problem darstellen – schwere Batterien beeinträchtigen die Reichweite erheblich.

„Festkörperbatterien sind meiner Meinung nach eines der wichtigsten Themen, die mich sehr begeistern“, sagte Venkat Srinivasan, Direktor des Collaborative Center for Energy Storage Science des Argonne National Laboratory, gegenüber Freethinks Hard Reset.

Die Herausforderung: Eine Reihe von Startups haben inzwischen die Vorteile von Festkörperbatterien im Labor demonstriert, und wir haben sogar gesehen, wie diese Batterien in Herzschrittmachern, Smartwatches und anderen kleinen Geräten eingesetzt werden.

Wenn wir jedoch anfangen wollen, Festkörperbatterien in Smartphones, Elektrofahrzeugen und mehr zu verwenden, müssen wir in der Lage sein, sie in Massenproduktion herzustellen – und noch hat niemand einen kommerziell realisierbaren Weg gefunden, ihre Produktion zu steigern.

„Wir glauben, dass wir die einzige bekannte Lösung für die Herstellung von Festkörperbatterien im großen Maßstab haben.“

Ein Hauptgrund dafür ist, dass die häufig zur Massenproduktion von Lithium-Ionen-Batterien verwendete Methode – die Schichtung der Batteriekomponenten auf einem flexiblen Substrat – nicht ideal für die Kombination der Teile einer Festkörperbatterie ist.

„Wenn Sie versuchen, dies aus einzelnen Materialschichten aufzubauen, ist es sehr schwierig, ordnungsgemäß funktionierende Schnittstellen zu erhalten, insbesondere in der benötigten Größenordnung, typischerweise 20 bis 30 Mikrometer dick“, sagt Dave Pederson, Sakuus Vizepräsident für Marketing und Geschäftsentwicklung. sagte Additive Manufacturing.

„Sie sind sehr schwer zu handhaben und es ist sehr schwierig sicherzustellen, dass sie ohne den Einsatz von Flüssigkeiten ausreichend Kontakt haben“, fuhr er fort.

Was ist neu?Anstatt einzelne Batteriekomponenten in Schichten zu stapeln, nutzt die Kavian-Plattform von Sakuu den 3D-Druck, um die für Lithium-Ionen-, Lithium-Metall- oder Festkörperdesigns benötigten Materialien in einer Schicht zusammenzufügen, ein Prozess, den das Unternehmen „SwiftPrint“ nennt.

„Die Kavian-Plattform kann Keramik, Glas, Metalle und Polymere drucken – in derselben Schicht“, sagte Arwed Niestroj, SVP of Customer Enablement bei Sakuu, gegenüber dem TCT Magazine.

„Herkömmliche additive Fertigungsverfahren führen jeden 3D-Druckschritt in Serie durch, während Kavian alle Schritte parallel durchführt, was ein optimiertes Modell ermöglicht, das Energie, Kosten, Arbeit, Materialien und Zeit spart und gleichzeitig Qualität und Zuverlässigkeit erhöht“, fügte er hinzu.

Im Vergleich zu führenden Lithium-Ionen-Batterien sind die Festkörperbatterien von Sakuu laut Sakuu 50 % kleiner und 40 % leichter. Die Kavian-Plattform selbst ist mittlerweile 44 % kleiner als die Geräte, die traditionell zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden.

„Die Kavian-Plattform kann eine nachhaltige Produktion von … Festkörperbatterien im kommerziellen Maßstab ermöglichen.“

Laut Sakuu ermöglicht SwiftPrint nicht nur die Herstellung von Festkörperbatterien in großem Maßstab, sondern gibt Herstellern auch die Möglichkeit, Batterien in benutzerdefinierten Formen und Größen herzustellen – anstatt Geräte für die Aufnahme von Batterien zu entwerfen, könnten sie Batterien entwerfen, die zu ihren Geräten passen.

Sakuu stellte 2021 seine erste 3D-gedruckte Festkörperbatterie vor und es wurde nun bekannt gegeben, dass es ihm gelungen sei, diese Batterien – sowie Lithium-Ionen- und Lithium-Metall-Designs – in verschiedenen Formen „erfolgreich und konsistent“ zu drucken in der Pilotanlage, die 2022 eröffnet wurde.

„Unsere Entwicklung zeigt, dass die Kavian-Plattform eine nachhaltige Produktion einer breiten Palette von Batterietechnologien im kommerziellen Maßstab ermöglichen kann, von Lithium-Ionen- über Lithium-Metall- bis hin zu Festkörperbatterien – während herkömmliche Methoden der fortschrittlichen Zellherstellung ständig auf wesentliche Hindernisse stoßen "Wir werden die Massenproduktion verhindern", sagte CTO Karl Littau.

Vorausschauen:Sakuu geht davon aus, seine Kavian-Plattform direkt an eine Vielzahl von Kunden zu verkaufen, darunter Batteriehersteller, Automobilhersteller, Luft- und Raumfahrtentwickler und Unternehmen für erneuerbare Energien.

Im Januar 2023 gab das Unternehmen bekannt, dass es Porsche Consulting, eine Tochtergesellschaft des Porsche-Automobilherstellers, mit der Entwicklung von „Gigafabriken“ für die kommerzielle Fertigung beauftragt hat. In der ersten Anlage werden Lithium-Metall-Batterien hergestellt, für spätere Bauten sind Festkörperbatterien geplant.

Sakuus Ziel ist die Eröffnung von Gigafabriken mit Partnern auf der ganzen Welt und hofft, bis 2030 jährlich 200 GWh Batteriekapazität herstellen zu können. Um das in einen Zusammenhang zu bringen: China – wo 77 % der weltweiten Lithium-Ionen-Batterien hergestellt werden – produziert jährlich fast 900 GWh.

Es ist noch zu früh, um vorherzusagen, ob Sakuu dieses Ziel erreichen wird, aber wenn es seine Technologie effektiv ausbauen kann, könnten wir eine Reihe elektronischer Geräte – einschließlich Elektrofahrzeuge – mit besserer Kapazität und weniger Sicherheitsbedenken sehen, dank seines 3D-gedruckten Feststoffs. Zustandsbatterien.

Wir würden uns freuen, von Ihnen zu hören! Wenn Sie einen Kommentar zu diesem Artikel haben oder einen Tipp für eine zukünftige Freethink-Geschichte haben, senden Sie uns bitte eine E-Mail an [email protected].