Warum Tesla Gigafactory veraltet sein könnte, bevor es überhaupt funktioniert

Warum Tesla Gigafactory veraltet sein könnte, bevor es überhaupt funktioniert
Diese Geschichte erschien ursprünglich auf Fortune Magazine Ein disruptiver Schatten drängt sich über Tesla Motors 'riesigen Nevada "Gigafactory" - die Gefahr der schnell voranschreitenden Batterie-Technologie. Während viele Hürden neue Batterie Tech konfrontiert, könnte das Aufkommen einer lebensfähigen und deutlich besseren Batterie in den nächsten fünf Jahren Tesla $ 5 Milliarden Anlage für die Massenproduktion von Lithium-Ionen-Batterien in eine Giga-Albatros.
Diese Geschichte erschien ursprünglich auf Fortune Magazine

Ein disruptiver Schatten drängt sich über Tesla Motors 'riesigen Nevada "Gigafactory" - die Gefahr der schnell voranschreitenden Batterie-Technologie. Während viele Hürden neue Batterie Tech konfrontiert, könnte das Aufkommen einer lebensfähigen und deutlich besseren Batterie in den nächsten fünf Jahren Tesla $ 5 Milliarden Anlage für die Massenproduktion von Lithium-Ionen-Batterien in eine Giga-Albatros.

Im Januar Fuji Pigment Co. Ltd. (nicht mit Fujifilm verbunden) gab bekannt, dass es einen bedeutenden Durchbruch in der Aluminium-Luft-Batterie-Technologie geschafft habe. Aluminium-Luft-Batterien haben eine theoretische Kapazität, die mehr als 40 Mal größer ist als die Lithium-Ionen-Zellen, die Tesla in Kürze produzieren wird, und Fuji Pigment hat angekündigt, seine Innovation bis Ende 2015 zu kommerzialisieren. Das heißt, die Produkte der Gigafactory könnten bereits vor der Eröffnung des Zieljahres 2016 deklassiert werden - und lange vor den geschätzten 7-10 Jahren der vollen Produktion könnte es die Kosten der Fabrik wieder hereinholen.

Die Innovation der Batterie findet in einer starren Struktur statt: jede Batterie hat zwei "Seiten" Kathode und Anode, die durch ein Elektrolytmedium reagieren, um Energie zu erzeugen. Eine Aluminium-Luft-Batterie erzeugt Elektrizität aus der Reaktion von Sauerstoff und Aluminium unter Verwendung von Wasser als Elektrolyt. Eine Standard-Aluminium-Luft-Reaktion verbraucht die Aluminiumanode, die physikalisch ersetzt und nicht elektrisch aufgeladen werden muss. Aber Fuji Pigment behauptet, dass es durch die Zugabe von strategisch platzierten Schichten aus Keramik und Kohlenstoff Korrosion und Reaktionsnebenprodukte unterdrückt hat, wodurch eine Aluminium-Luft-Batterie entsteht, die durch einfaches Hinzufügen von Wasser mehrmals aufgeladen werden kann.

Dr. Mark Hersam, Professor für Materialwissenschaften und Ingenieurwissenschaften an der Northwestern University, sagt, dass es "atemberaubend" sein würde. wenn Fuji Pigment sein Ziel für die Vermarktung erreichte. Neben anderen unadressierten Problemen weist er darauf hin, dass Aluminium-Luft-Batterien beim Entladen physisch kontrahieren, was zu Frakturen führen und die Integration in fehlertolerante Automobilsysteme erschweren kann.

In einer E-Mail, Ryohei Mori, Fuji Pigments Leitung Forscher auf dem Aluminium-Luft-Projekt, klang etwas vorsichtiger als die Januar-Pressemitteilung des Unternehmens. "Wir sind immer noch in der Entwicklung, und vielleicht in naher Zukunft ... wir können mit großem Maßstab zusammenarbeiten."

Aber Fuji Pigment ist nicht das einzige Unternehmen, das an einer besseren Batterie arbeitet. Israels Phinergy verfolgt ebenfalls den Traum von Aluminium und Luft, während die amerikanischen Start-ups Pathion und Shakti 3 eine noch radikalere Innovation verfolgen - Festkörperbatterien, die flüssige Elektrolyte durch Keramik oder Kristall ersetzen. Sakti 3 hat erfolgreich eine Batterie vorgeführt, die 1.000 Wattstunden Energie pro Liter Batterievolumen produziert, was in der Praxis die Reichweite eines aktuellen Tesla mehr als verdoppeln könnte. Pathion-Chef Michael Liddle geht davon aus, dass die Festkörperbatterietechnologie innerhalb von zwei Jahren marktreif sein wird.

Natürlich geht es in der Gigafactory nicht darum, modernste Batterien herzustellen, sondern bestehende Technologie in einem Maßstab zu produzieren wird die Kosten senken - Tesla hofft, eine elektrische Limousine für $ 35.000 zu verkaufen. Aber auch in dieser Hinsicht haben sowohl Aluminium-Luft- als auch Festkörperbatterien eine potentielle Kante. Aluminium ist viel billiger als Lithium, und Festkörperbatterien könnten wie Computerchips "gedruckt" werden, ein viel effizienterer Prozess als das Schichten und Walzen von Metall und Gel, das Lithium-Ionen-Batterien produziert.

Dan Radomski zufolge Als Vizepräsident für Industrie und Venture Development bei der Beratungsfirma NextEnergy würde es für Tesla sehr schwierig sein, auf diese Innovationen zu reagieren. "Es ist nicht viel anders als wir von VHS auf Disc gehen. Es ändert die gesamte Lieferkette.

Die Anforderungen der Automobilbranche können Tesla einige Zeit kaufen. Autos sind hohen und niedrigen Temperaturen ausgesetzt, die einen erheblichen Einfluss auf die Batterieleistung haben, und der Sicherheitsstandard ist verständlicherweise hoch. Während Lithium-Ionen-Batterien einige Probleme bei der Reaktion auf hohe Temperaturen gezeigt haben, wurden sie in jahrzehntelangen Tests für den Einsatz in Autos erprobt.

Tesla wird wahrscheinlich auch einige Möglichkeiten haben, die Lithium-Ionen-Produkte der Gigafaktor zu verbessern. Forscher an der Nangyang Technological University haben eine schnell ladende Titandioxid-Anode entwickelt. Das Team von Mark Hersam von Northwestern hat die Kapazität einer Lithium-Ionen-Anode durch die Verschachtelung von Materialien wie Graphen verdoppelt. Obwohl die Weiterentwicklung der Kathode hinterherhinkt, würde die Integration neuer Materialien keine Generalüberholung des Lithium-Ionen-Produktionsprozesses der Gigafabrik erfordern.

Letztendlich ist das größte Fragezeichen für die langfristige Rentabilität der Gigafactory weniger technologisch als strategisch. Eine Innovation in einem Labor ist nicht dasselbe wie ein funktionierendes Produkt, und Pathions Michael Liddle sagt, dass die stückchenhafte Natur der Batterieforschung die Fortschritte in der Praxis begrenzt hat. Viele Startups und Forscher können eine bessere Kathode, Anode oder einen besseren Elektrolyten herstellen, aber alle drei müssen perfekt zusammenarbeiten, um eine Batterie herzustellen. Das Kapital, um die Teile zusammen zu bringen und die Produktion neuer Batterien auf die Waage zu bringen, war knapp.

Aber das wird sich wahrscheinlich ändern, wenn große Hersteller wie Cadillac und BMW aggressiver in die Elektrik gehen. Angesichts der Tatsache, dass die Reichweite immer wichtiger wird, werden immer mehr Kapital die nächste große Batterie jagen (GM ist ein wichtiger Investor in Sakti 3). Das könnte die Änderungsrate über das hinaus treiben, was sogar Tesla-Chef Elon Musk vorhersehen konnte.