Die heutigen Elektroautos werden mit Lithium-Ionen-Batterien betrieben, die hauptsächlich aus Lithium, Kobalt, Mangan und hochwertigem Nickel bestehen, deren Preise stark gestiegen sind. Die westlichen Hersteller haben Mühe, mit ihren asiatischen Konkurrenten gleichzuziehen, und die Autohersteller erwarten, dass die Autoproduktion um die Mitte des Jahrzehnts herum von Lieferengpässen betroffen sein wird.

Die Elektroautos der Zukunft - die nach 2025 auf den Markt kommen - könnten auf Natrium-Ionen- oder Lithium-Schwefel-Batteriezellen umsteigen, die bis zu zwei Drittel billiger sein könnten als die heutigen Lithium-Ionen-Zellen.

Doch ihr Erfolg hängt von potenziellen Durchbrüchen in der Elektrochemie ab, die von Start-ups wie Theion in Berlin und Faradion in Großbritannien sowie Lyten in den Vereinigten Staaten erzielt werden.

Neuere Batteriechemien haben Probleme, die es zu überwinden gilt. Natrium-Ionen-Batterien speichern noch nicht genug Energie, während Schwefelzellen dazu neigen, schnell zu korrodieren und nicht lange zu halten.

Dennoch haben mehr als ein Dutzend Start-up-Unternehmen Millionen von Dollar an Investitionen sowie staatliche Zuschüsse erhalten, um neue Arten von Batterien zu entwickeln.

Im Moment dominiert China die Batterieproduktion, einschließlich des Abbaus und der Raffination von Rohstoffen.

Benchmark Mineral Intelligence, ein in Großbritannien ansässiges Beratungsunternehmen, schätzt, dass China derzeit 75 % der weltweiten Kobaltraffineriekapazitäten und 59 % der Lithiumverarbeitungskapazitäten besitzt.

"Wir sind immer noch von einer Materiallieferkette aus China abhängig", sagte James Quinn, Geschäftsführer des britischen Natriumionenbatterie-Startups Faradion, das mehr als 1 Million Dollar an staatlichen Zuschüssen von Innovate UK erhielt, bevor es letztes Jahr vom indischen Mischkonzern Reliance für 117 Millionen Dollar gekauft wurde. "Wenn Sie sich die globalen geopolitischen Auswirkungen ansehen, ist das eine Herausforderung für die Energiesicherheit, die wirtschaftliche Sicherheit und die nationale Sicherheit."

Auch die asiatischen Batteriegiganten arbeiten an neuen chemischen Verfahren. Das chinesische Unternehmen CATL hat angekündigt, 2023 mit der Produktion von Natrium-Ionen-Zellen zu beginnen. Das koreanische Unternehmen LG Energy Solution will bis 2025 mit der Herstellung von Lithium-Schwefel-Zellen beginnen.

DAS INNERE DER BATTERIE

Das teuerste Element einer EV-Batterie ist die Kathode, die bis zu einem Drittel der Kosten einer Batteriezelle ausmacht.

Die meisten EV-Batterien verwenden heute eine von zwei Arten von Kathoden: Nickel-Kobalt-Mangan (NCM) oder Lithium-Eisen-Phosphat (LFP). NCM-Kathoden sind in der Lage, mehr Energie zu speichern, verwenden aber teure Materialien (Nickel, Kobalt). LFP-Kathoden speichern in der Regel nicht so viel Energie, sind aber sicherer und tendenziell preiswerter, da sie Materialien verwenden, die in größerer Menge vorhanden sind.

Die Kosten für wichtige Kathodenmaterialien wie Nickel und Kobalt sind in den letzten zwei Jahren in die Höhe geschnellt.

Deshalb hoffen viele Unternehmen, billigere, häufiger vorkommende Materialien wie Natrium und Schwefel ersetzen zu können, wenn deren technische Grenzen überwunden werden können.

"Natrium-Ionen haben definitiv ihren Platz, vor allem für stationäre Speicher und einfache Fahrzeuge in kostensensiblen Märkten wie China, Indien, Afrika und Südamerika", sagt Berater Prabhakar Patil, ein ehemaliger Manager von LG Chem.

"Die Einführungskosten für Lithium-Schwefel werden wahrscheinlich höher sein - auch wenn es das Potenzial hat, die niedrigsten Kosten zu verursachen - was die Unterhaltungselektronik zur ersten Anwendung macht", so Patil.

Das in Michigan ansässige Unternehmen Amandarry und das britische Startup-Unternehmen AMTE Power entwickeln Natriumionenbatterien, die Natriumchlorid - im Grunde Kochsalz - als Hauptbestandteil der Kathode verwenden. Sie benötigen kein Lithium, Kobalt oder Nickel - die drei teuersten Batteriebestandteile.

Jeff Pratt, Geschäftsführer des UK Battery Industrialisation Centre - einer staatlich finanzierten Fabrik im Wert von 130 Millionen Pfund (153 Millionen Dollar), die ihre Produktionslinien an Startups vermietet, um Batteriechemien zu testen - sagte, er versuche, die Zellen eines Natriumionen-Startups in einen vollgepackten Produktionsplan einzupassen, weil es "strategisch wichtig" für Großbritanniens Hoffnungen sei, bei der Entwicklung neuer, besserer Batterien an der Spitze zu stehen.

Die US-Firmen Lyten und Conamix, das deutsche Unternehmen Theion und das norwegische Unternehmen Morrow entwickeln Lithium-Schwefel-Kathoden, die zwar noch Lithium in kleineren Mengen benötigen, aber kein Nickel oder Kobalt.

Durch die Verwendung von allgegenwärtigen Kathodenmaterialien - Schwefel wird häufig in Düngemitteln verwendet und ist daher so billig wie Salz - könnten die Batteriekosten um bis zu zwei Drittel gesenkt werden, so dass Elektrofahrzeuge auch für die Mittelschicht erschwinglich würden.

Derzeitige EV-Akkus kosten in der Regel zwischen $10.000 und $12.000.

"Wenn wir die Ziele erreichen, die wir mit einigen der größten Autohersteller der Welt ausgemacht haben, dann sind wir auf dem besten Weg", sagte Charlotte Hamilton, CEO von Conamix.

AUF DER STRASSE

Die Batterie-Startups sagen, dass sie mit großen Autoherstellern im Gespräch sind, von denen einige aktiv neue Batterien testen, die noch vor Ende des Jahrzehnts in Massen-Elektroautos auf der Straße sein könnten. Die Autokonzerne wollen sich ihre Optionen offen halten.

"Im Laufe der Zeit werden weitere (Batterie-)Chemien auf den Markt kommen", sagte Linda Zhang, Chefingenieurin des elektrischen Pickups F150 Lightning von Ford. "Es wäre dumm, die Vorteile dieser Chemien nicht zu nutzen.

Auf dem 2020 Battery Day von Tesla sagte CEO Elon Musk, dass ein "dreistufiger Ansatz" für Lithium-Ionen-Batterien mit unterschiedlichen Materialien erforderlich sei, um "wirklich erschwingliche" Elektrofahrzeuge zu bauen - hauptsächlich mit eisenbasierten LFP-Batteriezellen - sowie größere, leistungsstärkere und teurere Elektrofahrzeuge mit NCM- oder NCA-Zellen auf Nickelbasis mit Kobalt- oder Aluminiumkathodenmaterial.

Die Batterieentwickler hoffen, dass sie das Angebot für die Automobilindustrie um Natrium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterien erweitern können.

Duncan Williams, Geschäftsführer des Beratungsunternehmens Nomura Greentech, sagte, dass die jüngsten Entdeckungen die Lücke bei Themen wie Energiedichte und Zykluslebensdauer schließen, "so dass wir erwarten, dass diese beiden Alternativen in Zukunft Marktanteile gewinnen werden."

Das in Michigan ansässige Unternehmen Amandarry produziert bereits Natriumionenzellen in seinem Werk in Haining, China, so dass diese Zellen nicht für Anreize im Rahmen des U.S. Inflation Reduction Act in Frage kommen.

Das Unternehmen sagt, dass es auch ein Werk in Nordamerika bauen wird.

Partnerin Amy Chen sagt, dass die erste Anwendung von Amandarry im Transportwesen wahrscheinlich elektrische Zweiräder sein werden.

Abgesehen von einem Kostenvorteil können die Batterien von Amandarry laut Chen sehr schnell aufgeladen werden - 80 % in 15 Minuten.

Kevin Brundish, CEO von AMTE Power, sagte, dass das Unternehmen zunächst mit Batterien für stationäre Energiespeichersysteme startet, wie sie von Netzbetreibern verwendet werden, bei denen die Energiedichte weniger wichtig ist.

Quinn von Faradion sagte, dass die Batterien des Unternehmens bereits mit LFP-Zellen konkurrenzfähig sind und dass das Unternehmen ein Joint Venture für Energiespeicherung mit dem Agrargiganten ICM Australia gegründet hat.

Quinn sagte, dass die Batterien von Faradion in relativ kleinem Maßstab um ein Drittel preiswerter sein dürften als eisenbasierte LFP-Batterien.

Er sagte, Faradion habe Gespräche mit "fast allen großen Automobilherstellern" geführt.

"Innerhalb der nächsten drei bis fünf Jahre werden Sie (unsere Batterien) auf der Straße sehen."

'NO-BRAINER'

Schwefel ist eine "verdammt harte Chemie", die in Batterien zum Einsatz kommt, sagt Celina Mikolajczak, Chief Battery Technical Officer beim kalifornischen Startup Lyten, das laut der Investment-Website PitchBook 47,5 Millionen Dollar von Investoren erhalten hat.

Aber, so Mikolajczak, es ist "die Chemie der Zukunft, die Chemie, die Batterien massentauglich macht".

Ulrich Ehmes, CEO von Theion - altgriechisch für Schwefel - sagt, das Problem mit Schwefel sei, dass er so korrosiv sei, dass er eine Batterie nach 30 Ladungen töte.

Aber er sagte, dass das in Berlin ansässige Unternehmen, das von einer Handvoll Angels und Privatinvestoren unterstützt wird, eine Methode zur Behandlung und Beschichtung einer Lithium-Schwefel-Elektrode entwickelt hat, die die Lebensdauer eines Elektrofahrzeugs verlängern soll.

Theion erwartet, noch in diesem Jahr mit der Lieferung von Batterien für den Antrieb von Pumpen in kommerziellen Raketen während des Starts zu beginnen. Ehmes sagte, dass das Unternehmen im Jahr 2024 mit der Lieferung von Testzellen an Fahrzeughersteller beginnen will, wobei die ersten EV-Anwendungen in der Produktion um 2027 erwartet werden.

Theion ist davon überzeugt, dass seine Lithium-Schwefel-Kathoden dreimal mehr Energie speichern können als herkömmliche NCM-Zellen, sich ultraschnell aufladen lassen und die Kosten für Batteriezellen um zwei Drittel auf etwa 34 Dollar pro Kilowattstunde senken.

"Es ist billig und hat eine hohe Energiedichte, also scheint es ein Kinderspiel zu sein", sagte Ehmes.

Tony Harper, Direktor der Faraday Battery Challenge, einem Programm der britischen Regierung, das in die Förderung neuer Batterietechnologien investiert, sagte, die Automobilindustrie mache sich zunehmend Sorgen um die Versorgung mit Lithium, Kobalt, Mangan und Nickel, so dass neue chemische Verfahren unerlässlich seien.

"Dies wird das, was wir für eine sehr, sehr schwierige Situation hielten, auffangen", sagte Harper.

($1 = 0,8508 Pfund)