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JB Straubel, Celina Mikolajczak Und Heiko Urtel Sprechen Mit Professoren Von Stanford Energy über Batterien
JB Straubel, Celina Mikolajczak Und Heiko Urtel Sprechen Mit Professoren Von Stanford Energy über Batterien

Video: JB Straubel, Celina Mikolajczak Und Heiko Urtel Sprechen Mit Professoren Von Stanford Energy über Batterien

Video: Sustainable Supply Chain for Batteries | Straubel, Mikolajczak, & Urtel | StorageX Symposium 2022, Dezember
Anonim

Stanford Energy veranstaltete kürzlich sein StorageX International Symposium Industrial Panel virtuell. Das Panel umfasste Top-Batterieexperten wie JB Straubel, einer der Mitbegründer von Tesla, der nach Jahren als CTO das Unternehmen verließ, um Redwood Materials zu gründen; Celina Mikolajczak von Panasonic; und Heiko Urtel von BASF.

Die Professoren für Materialwissenschaften und -technik Will Chueh und Yi Cui moderierten das zweiwöchentlich stattfindende Panel. Das StorageX Symposium wurde letztes Jahr in Stanford ins Leben gerufen. Der Schwerpunkt liegt auf Batterien. Die Veranstaltung dauert fast zwei Stunden und ist im Video unten zu sehen. Unten sind einige kurze Anmerkungen aus dem Video.

Die Rolle der BASF bei der EV-Umstellung

Urtel sprach über einige der Herausforderungen, die BASF und die Industrie annehmen, um die Elektromobilität für Verbraucher zu einer tragfähigeren Technologie zu machen. Die BASF, ein wichtiger Zulieferer der globalen Automobilindustrie, könnte mit einem schrumpfenden Markt konfrontiert werden.

„Für ein Unternehmen wie BASF ist es selbstverständlich, in Batteriematerialsysteme zu investieren.“Die Investition in etwas – eine neue Technologie – die im Entstehen ist und den Markt schrumpfen lässt, gleicht den insgesamt schrumpfenden Automobilmarkt aus. Die in der Chemie verwurzelte BASF hat weitere Segmente, die vom Trend zur Elektromobilität profitieren. Ein Beispiel, das Urtel anführte, war die Lieferung der richtigen Kunststoffe und Polymere, die zur Isolierung von Kabeln und Elektronik verwendet werden.

Ein Schwerpunkt der BASF sind kathodenaktive Materialien, also Nickel-, Kobalt- und Mangan-Typen oder Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxide. Diese werden verwendet, um die Kathoden der Batterie zu beschichten. „Diese Materialien haben einen wirklich enormen Einfluss auf die Kosten, das Gewicht, die Reichweite und die Sicherheit Ihrer Batteriezelle“, sagte er und fügte hinzu, dass sie am Ende einen erheblichen Einfluss auf die Gesamtleistung des Autos haben.

Urtel sprach auch von der Wichtigkeit zu wissen, dass die Wertschöpfungskette beim Bergbau beginnt. Bei den Kathodenmaterialien, die BASF produziert, will BASF eine zuverlässige Lieferkette aufbauen. Wichtiger als das ist eine nachhaltige Wertschöpfungskette. „Alle unsere Metalllieferanten werden auditiert und wir führen wirklich besondere Kontrollen in Bezug auf Nachhaltigkeit aus sozialer, ökonomischer und ökologischer Sicht durch, um sicherzustellen, dass wir dies auf die nachhaltigste Weise tun.“

Einige der von Urtel erwähnten Herausforderungen sind:

Herausforderung der Kalzinierung von Kathodenaktivmaterial (CAM).

  • Herausforderungen bei der CAM-Massenproduktion, Nummerierung vs. Skalierung.
  • Neue Ansätze für kostengünstiges CAM.

Urtel sprach auch mehr über jede der Herausforderungen, die Sie hier sehen können.

Panasonics Geschichte der Zellherstellung und aktuelles Volumen

Celina Mikolajczak wollte zeigen, wie die Produktion von Zellen, wie sie in der Tesla Gigafactory in Nevada produziert werden, aussieht und was sie wirklich bedeutet. „Diese Fabrik ist riesig. Es produziert jeden Tag Millionen von Zellen “, sagte sie. Sie bemerkte, dass eine Fabrik, als sie vor etwa 20 Jahren in der Branche anfing, ziemlich erstaunlich war, wenn sie eine Million Zellen pro Monat oder sogar fünf Millionen Zellen pro Monat produzieren konnte. „Solche Zahlen produzieren wir innerhalb von Tagen.“Die Gigafactory hat etwa 30 % ihrer ursprünglich geplanten Grundfläche und Panasonic nimmt etwa zwei Drittel dieser Grundfläche ein. „Dort haben wir etwa 35 Gigawattstunden pro Jahr oder mehr erreicht“, sagte Mikolajczak.

Wenn man sich das Bild im Video ansieht, würde man annehmen, dass es klein ist, aber sie wies darauf hin, dass es sich im Wesentlichen um eine sechsstöckige Fabrik handelt, die in drei Etagen unterteilt ist. Mikolajczak wollte auch ein Gefühl für den Zeitplan für die Tesla Gigafactory in Nevada vermitteln. „Wir haben 2014 mit dem Spatenstich begonnen. Panasonic hat Ende 2015 mit der Installation von Geräten und Anfang 2017 mit der ersten Zellmassenproduktion begonnen. Das war auf einer einzigen Linie, und im Laufe der Bauarbeiten produzierten wir Zellen, während die Fabrik noch lief.“um uns herum gebaut.“Diese hatten natürlich mehrere Herausforderungen, aber Panasonic fügte weiterhin Linien hinzu und erreichte 2018 eine Auslieferung von 100 Millionen Zellen.

„Hundert Millionen Zellen sind ein großer Meilenstein“, bemerkte Mikolajczak und wies darauf hin, dass dies für normale Fabriken eine Produktionszeit von vielen Jahren sein könnte. "Dies war innerhalb von etwa einem Jahr getan", sagte sie. „Die erste milliardste Zelle wurde im Februar 2019 ausgeliefert, und trotz Covid haben wir im August dieses Jahres unsere dreimilliardste Zelle ausgeliefert, was ein Gefühl dafür gibt, wie viele Zellen produziert werden und wie groß diese Fabrik dafür tatsächlich sein muss.”

Mikolajczak erklärte auch die tiefere Geschichte von Panasonic. „Vor hundert Jahren stellte Panasonic kleine Fahrradlampen mit den Batterien her, die sie mit Strom versorgten“, sagte Mikolajczak und fügte hinzu, dass die heutigen Lithium-Ionen-Zellen die neuesten in einer langen Reihe von Batterien sind, die Panasonic in relativ großen Mengen produziert hat. „Man muss nicht alles neu erfinden, wenn man so etwas wie die Gigafactory baut. Du entwickelst Designs und entwickelst sie aus früheren Chemien.“Die vollständige Präsentation von Mikolajczak im Panel können Sie hier ansehen.

JB Straubel

Straubel, der die meiste Zeit seiner Karriere als Chief Technology Officer (CTO) von Tesla verbrachte, sprach über Tesla und einen neuen Fokus, den es zu berücksichtigen galt, und warum dieser Fokus so wichtig war, dass er ging, um ein neues Unternehmen zu gründen, das sich vollständig fokussiert auf diese Initiative. Dieser Schwerpunkt liegt auf dem Batterierecycling.

„Es war ein tolles Abenteuer zu sehen, wie schnell sich der Elektromobilitätsmarkt entwickelt hat. Ich denke, es ist schwer, sich an diese Zeiten vor 15 Jahren zu erinnern, als Elektrofahrzeuge noch nicht einmal in der Nähe des Mainstreams waren und die meisten Leute wirklich nicht erwartet haben, dass sie einen nennenswerten Marktanteil gewinnen würden. Es konzentrierte sich mehr auf Brennstoffzellen und HEV. Es ist also ziemlich erstaunlich, finde ich, und wirklich wunderbar zu sehen, dass sich Nachhaltigkeit und E-Mobilität so beschleunigt haben, wie sie es hat. Aber für mich wurde während der ganzen Zeit immer klarer, dass wir die Herausforderungen immer weiter stromaufwärts verlagert haben. Die Größe der gesamten Automobilindustrie und die Größe der Energiebranche in diesem Ausmaß mussten diesen ganzen Wandel unterstützen.“

Straubel teilte mit, dass er, als er noch an der Ingenieurschule war, darüber beklagte, wie es sich anfühlte, als ob all die großen Innovationen bereits stattgefunden hätten und dass wir die Zeit der Edisons, Nikola Teslas, Daimlers oder Fords irgendwie verpasst hätten der Welt, die ganze industrielle Ökosysteme erfinden durften. „Es stellt sich heraus, dass wir in dieser Generation von Ingenieuren, Wissenschaftlern und Industriellen, die ein ganz neues industrielles System für Nachhaltigkeit entwickeln, fast in genau derselben Art von Zeit leben“, sagte er.

Zu den vorgelagerten Herausforderungen sagte Straubel: „Eine Möglichkeit, dies zu betrachten, besteht darin, zu sehen, wie sich der unglaubliche Fokus auf die Kosten der Materialien verlagert, die in die Produkte eingehen.“Er ging auf die Veränderungen in der Lieferkette eines Elektrofahrzeugs im Vergleich zu einem mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeug ein und stellte fest, dass die Änderung direkt auf die Batterie hindeutet. Im Inneren der Batterie fließt ein Großteil dieser Veränderung in die aktiven Materialien, aus denen die Batterie besteht. Straubel wies auch darauf hin, dass die Kosten für diese Materialien immer noch ziemlich hoch seien, obwohl die Fabriken die Montagekosten der Materialien sowie die Kosten für die Herstellung von Arbeitskraft und Energie senken konnten. Das Problem wird jedoch immer noch auf die Stückliste und sogar auf die Rohstoffe verschoben, die in die grundlegend entwickelten Materialien eingehen.

„Diesen Trend zu sehen war für mich wirklich aufregend und interessant, stellte aber auch eine ziemlich klare Herausforderung dar, auf die ich mich gerne konzentrieren wollte. Persönlich würde ich sagen, dass ich zu 50 % Unternehmer und zu 50 % Ingenieur/Erfinder bin und es einfach sehr mag, Teams aufzubauen, Technologien zu entwickeln und Innovationen zu entwickeln. Tesla ist zu einem so erstaunlichen Ausmaß gewachsen – es ist unglaublich zu sehen – aber es braucht ein bisschen einen anderen Fokus, insbesondere in einigen Führungspositionen auf den obersten Ebenen. Für mich macht es wirklich unglaublich viel Spaß und es macht mir wirklich Spaß, ein neues kleines Unternehmen aufzubauen – den Grundstein für eine Technologie zu legen für etwas, das ich in Zukunft als unvermeidlich halte, auf das wir uns mehr konzentrieren müssen.“

Straubel erklärte die Mission von Redwood als dreifach:

  1. Angemessene Entsorgung Vermeidung aller negativen Auswirkungen, die auftreten oder passieren könnten, wenn eine Batterie das Ende ihrer Lebensdauer erreicht und sie nicht ordnungsgemäß behandelt wird. „Das war eine Herausforderung, mit der wir bei Tesla zu kämpfen hatten“, sagte Straubel.
  2. Materialrückgewinnung und -aufbereitung. Dazu werden wertvolle Rohstoffe verwendet und Wege zur effizientesten Rückgewinnung erfindet und verbessert, um sie direkt wieder in die richtige Qualität und Konsistenz von Compounds zu bringen, die wieder in die Lieferkette eingeführt werden können.
  3. Zusammenführen der ersten beiden. Dies bedeutet, dass Redwood sich darauf konzentriert, Wege zu finden, um effizienter und wirtschaftlicher von einer alten Batterie zu den Komponenten einer neuen Batterie zu wechseln. „Heute ist dies sehr isoliert und sehr diskret und die Leute teilen dies in viele verschiedene Unternehmen und Prozesse auf und es ist auch auf sehr ineffiziente Weise über die ganze Welt verstreut. Diese Materialien nehmen während ihres gesamten Lebens eine unglaubliche Reise hinter sich.“

Straubel beschrieb die Reise der Materialien, aus denen eine Batterie besteht. Von dort aus, wo sie abgebaut werden, reisen sie dann dorthin, wo sie veredelt, dann zu Zellen verarbeitet, dann in ein Elektrofahrzeug gesteckt und schließlich recycelt werden. „Es gibt eine großartige Gelegenheit, einiges davon vertikal zu integrieren – die physische Lieferkette zu komprimieren und einige der chemischen und Herstellungsprozesse zu überlappen, um eine Menge Kosten und Umverpackungsaufwand zu sparen, wenn etwas getan und dann wieder rückgängig gemacht wird.“Den vollständigen Vortrag von Straubel im Panel können Sie hier ansehen.

Abschließende Gedanken

Nachdem jeder der Podiumsteilnehmer gesprochen hatte, gab es eine etwa einstündige Diskussion. Eines der in der Diskussion erwähnten Themen war die Bedeutung der Skalierung. Professor Cui bemerkte, dass Tesla, als er vor 15 Jahren zum ersten Mal in Stanford anfing, noch ein Startup war und Skalierung damals kein so großes Thema war. Er wies darauf hin, dass das Wissen, wie man skaliert, bereits eine große Innovation ist.

Die erste Frage drehte sich um das Konzept der Skalierung. „Wir skalieren so schnell, dass es so ist, als würden wir wirklich, sehr schnell laufen – 100-Meter-Lauf – aber gleichzeitig müssen Sie immer noch Innovationen, Skalierungen und Ihre technologischen Innovationen durchführen. Wenn Sie an 100-Meter-Lauf denken, ist es, als würden Sie so schnell laufen, aber gleichzeitig ändern Sie Ihren Laufstil. Das ist sehr schwer “, sagte Professor Cui, bevor er sie bat, Skalierung und Innovation auf dem Weg zu teilen – die Batteriematerialien, das neue Rezept, das perfektioniert wird, und die Zellherstellung. „Wie denken wir gleichzeitig über Innovation und Skalierung?“

„Wenn Sie an Skalierung und Innovation denken, ist es hilfreich, wenn Sie Fertigungssysteme skalieren, wenn Sie tatsächlich an diesen Produktionslinien arbeiten“, sagte Mikolajczak und fügte hinzu, dass ihre Ingenieure ziemlich viel Zeit auf diesen Produktionslinien verbringen. „Man muss im Raum da sein. Wenn Sie dort im Raum sind, erkennen Sie, was schwierig ist. Es ist nicht offensichtlich.“

Als Beispiel gab sie etwas so Einfaches wie die Reinigung der Elektrolyt-Füllmaschine. „Es stellte sich heraus, dass Elektrolyt, ein Salz in einem Lösungsmittel, perfekt und gut aussieht, außer dass man, wenn man eine Füllmaschine ein paar Tage lang betrieben hat, all die Salzkristalle auf allen verschiedenen Komponenten findet. Wenn alle Ihre Komponenten kristallisiertes Salz haben, werden Sie nicht sehr effektiv füllen. Die Siegel, die Sie zum Füllen verwenden, sind schlecht und so weiter, sodass Sie auf Probleme stoßen werden. Sie müssen diese Maschine also reinigen. Das bedeutet, dass jemand ein reinigendes Atemschutzgerät mit voller Leistung aufsetzt – es ist diese ganze Haube – in die Maschine klettert, anfängt, Dinge auseinander zu ziehen und dann das Zeug reinigen muss. Und Sie wissen, dass ich den Reinigungsprozess automatisieren muss, wenn ich skalieren will.“

Die vollständige Podiumsdiskussion können Sie hier einsehen.

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