In einem Jahrzehnt könnten Elektroautos 745 Meilen zurücklegen, bevor sie aufgeladen werden müssen

Der Lucid Air bietet die größte Reichweite aller derzeit auf dem Markt erhältlichen batterieelektrischen Fahrzeuge (BEV). Nach Schätzungen der Environmental Protection Agency können zwischen den Ladevorgängen 516 Meilen zurückgelegt werden.

Neue Toyotas könnten dank der Festkörperbatterietechnologie sogar noch weiter gehen, gab das Unternehmen diese Woche bekannt und sagte, dass seine zukünftigen Fahrzeuge möglicherweise 745 Meilen zwischen Ladestopps zurücklegen und in nur 10 Minuten auf die volle Kapazität aufgeladen werden könnten.

Die Toyota Motor Corporation hat, wie viele andere Automobilhersteller auch, ihre Ingenieure damit beauftragt, weiter in die Zukunft zu blicken als nur das nächste Elektrofahrzeug (EV) in der Produktpalette des Unternehmens. Sie beschäftigen sich mit zukünftigen Batterietechnologien für Elektrofahrzeuge, von der Zellzusammensetzung über die Reichweite bis hin zu den Lademöglichkeiten.

Heute auf dem Markt erhältliche BEVs verfügen über Batterien entweder mit Lithium-Ionen- oder Nickel-Metallhydrid-Zusammensetzung. Sie werden von verschiedenen Unternehmen weltweit bezogen.

Diese Batterien sind schwer und groß und nehmen traditionell den größten Teil des Raums zwischen den Rädern des von ihnen angetriebenen BEV ein. Aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts wiegen BEVs mehr als ihre Pendants mit Verbrennungsmotor. Schwere Fahrzeuge neigen dazu, Straßen schneller zu beschädigen als leichtere, und die Leistung einer Batterie muss das Gewicht des Fahrzeugs überwinden, um das Modell anzutreiben.

Festkörperbatterien sind die nächste Grenze. Sie sind vielversprechend, aber noch nicht bereit für die Hauptsendezeit.

„Die Technologie von Festkörperbatteriezellen ist schon seit einiger Zeit ein heiliger Gral. Tausende Ingenieure und Milliarden von Dollar an Risikokapital haben investiert, um sie so praktisch, skalierbar und erschwinglich zu machen, dass sie in Serienfahrzeugen eingesetzt werden kann“, sagt John Voelcker, sagte ein Automobilreporter, der sich auf Elektrofahrzeuge für Autos und Fahrer spezialisiert hat, Green Car Reports und andere Medien Newsweek.

„Aber Batterieingenieure werden Ihnen sagen, dass ein Fortschritt, der unter Laborbedingungen vielversprechend erscheint, unter realen Bedingungen oft nicht funktioniert.“

Herkömmliche Lithium-Ionen- und Nickel-Metallhydrid-Batterien enthalten flüssige oder Polymer-Gel-Elektrolyte. Verschiedene Unternehmen verwenden unterschiedliche Chemikalien, um optimale Ergebnisse für ihre Marke zu erzielen, und Autohersteller kaufen Batterien von Zulieferern, die die richtige Kombination für ihre Anforderungen liefern können.

Festkörperbatterien verfügen über feste Elektroden und feste Elektrolyte. Diese Feststoffe sind so konzipiert, dass sie eine höhere Energiedichte haben, was dazu führt, dass das Auto mit einer kleineren Batterie betrieben werden kann und BEVs wiederum weniger Batteriegewicht tragen. Diese Faktoren werden eine größere BEV-Reichweite ermöglichen.

Die Festkörpertechnologie ist nicht neu, ihre Anwendung in Automobilen im Massenmaßstab jedoch schon. In den 1990er Jahren entwickelten Forscher am Oak Ridge National Laboratory eine neue Klasse von Festkörperelektrolyten, die die Automobilindustrie aufhorchen ließen.

Ford Motor Company, BMW Group, Toyota Motor Corporation, Mercedes-Benz, Volkswagen Group, Nissan Motor Company und andere haben in die Entwicklung der Festkörperbatterietechnologie investiert. Viele haben sich mit Energieinnovationsunternehmen zusammengetan, um auf ihre Entwicklungsziele hinzuarbeiten.

Die Entwicklung war kostspielig, da sich die mit der Entwicklung der Festkörpertechnologie verbundenen Kosten auf Hunderte Millionen, wenn nicht Milliarden Dollar pro Autohersteller belaufen.

Bevor die Batterien auf den Markt kommen, müssen Autohersteller und Batteriehersteller eine Reihe von Problemen lösen, darunter die Installation einer Ladeinfrastruktur zur Unterstützung der Hochspannungs-Schnellladefähigkeit.

„Eines der faszinierenden Elemente von Toyotas Behauptung ist die Möglichkeit, das Fahrzeug in 10 Minuten aufzuladen“, sagte Stephanie Brinley, stellvertretende Direktorin für Forschung und Analyse bei S&P Global Newsweek.

„In mancher Hinsicht ist die Fähigkeit, schneller aufzuladen, und die robuste Infrastruktur, die diese Fähigkeit unterstützt, wichtiger als das Erreichen einer Reichweite von mehr als 700 Meilen. Die Angaben zu Ladezeit und Reichweite ergänzen sich, aber Infrastruktur und Ladezeit sind Elemente, die Verbraucher in Frage stellen.“ Heute. Wenn die Fragen „Kann ich bei Bedarf sicher aufladen und wie lange wird es dauern?“ auf eine Art und Weise beantwortet werden kann, der Verbraucher vertrauen, wird die Reichweitenfrage etwas unkritischer.“

Viele Autohersteller haben sich selbst als Frist die Jahre 2030 oder 2035 gesetzt, um rein elektrische Automobilhersteller zu werden. Andere preisen ihre Fähigkeit an, klimaneutral zu sein, ein Ausdruck, der verwendet wird, um einen Fokus auf Nachhaltigkeit während der gesamten Entwicklung, Herstellung und des Nutzungslebenszyklus eines Fahrzeugs und darüber hinaus bis 2050 oder früher zu beschreiben.

Dabei spielen Festkörperbatterien eine Rolle. Das heißt aber nicht, dass die Autos von heute von den Batterien von morgen zurückgelassen werden. Das Gleiche gilt für die moderne Architektur von Elektrofahrzeugen und die Ladeinfrastruktur.

„Wahrscheinlich wird ein neues Ladekabel erforderlich sein, um die höheren Ladegeschwindigkeiten von Solid-State-Geräten voll auszunutzen, aber zukünftige Fahrzeuge sollten mit der aktuellen Hardware abwärtskompatibel sein, insbesondere mit der Einführung des North American Charging Standard (früher bekannt als Tesla-Ladeanschluss). von den meisten Autoherstellern“, sagte Chad Kirchner, Vizepräsident für Inhalte bei EVPulse Newsweek.

„Es könnte in der Zukunft eine Zeit geben, in der das Upgrade erforderlich ist, aber das wird nicht über Nacht geschehen. Dies gilt insbesondere dann, wenn der Besitz eines neuen Fahrzeugs jeweils ein Jahrzehnt oder länger dauert.“

Laut S&P Global behalten die meisten Besitzer ihre Autos heute etwas mehr als 12 Jahre. Vor einem Jahrzehnt lag der Durchschnitt bei 9,7 Jahren.

„Während man vernünftigerweise damit rechnen kann, dass Festkörperzellen bis zum Ende dieses Jahrzehnts in begrenztem Umfang zum Einsatz kommen, ist es erwähnenswert, dass sie sich bisher in einem der größten, angesehensten und profitabelsten Automobilunternehmen der Welt durch eine wechselvolle Entwicklung entwickelt haben“, so Voelcker genannt.

„Toyota gab 2017 bekannt, dass es bis 2020 Festkörperzellen in Autos geben könnte. Dieser Zeitplan hat sich nun um ein halbes Jahrzehnt oder mehr verschoben, mit anhaltenden Zusagen von großer Leistung und enormem Versprechen … aber bisher sind keine tatsächlichen Zellen aufgetaucht.“ Ich erwarte, sie irgendwann zu sehen … aber wann ist die Frage. Ich würde kein Geld auf ein bestimmtes Jahr vor, sagen wir, 2030 setzen.“

Auch wenn es vor Ort noch keine Ziellinie gibt, glaubt Brinley, dass die Botschaften von Toyota zu diesem Thema wichtig sind.

„Ein breiterer Übergang von einem Markt, der von Verbrennungsmotoren dominiert wird, zu einem Markt, der von Elektrofahrzeugen dominiert wird, wird nicht allein durch eine einzelne Entwicklung oder einen technologischen Durchbruch bestimmt werden. Größere Reichweite und schnellere Ladezeiten sind wichtig, aber auch die Infrastruktur und die Verbraucherkosten sind entscheidend.“ „Die Bedeutung der Ankündigung von Toyota liegt darin, dass sie einen weiteren Schritt auf dem Weg darstellt – und jeder Schritt zählt“, sagte Brinley.