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Kristall-Batterie für dreifache Reichweite: Theion plant Massenproduktion bis 2025

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Berliner Cleantech-Startup kommerzialisiert langlebige Lithium-Schwefel-Zellen mit hoher Energiedichte, die energieeffizient und kostengünstig produziert werden können.

Das Berliner Cleantech-Unternehmen Theion, über das Cleanthinking zuerst am 25. März 2021 berichtete, will innerhalb der kommenden drei Jahre eine Schwefel-Kristall-Batterie auf den Markt bringen, die die Nutzungsdauer oder Reichweite mobiler Anwendungen verdreifachen soll. „Problem war bisher die Zyklenlebensdauer von Lithium-Schwefel-Zellen. Für dieses Problem haben wir eine Lösung gefunden“, sagt Dr. Ulrich Ehmes, der neue CEO des Unternehmens. Schon 2025 soll die Massenproduktion starten.

Die Zellen von Theion kommen ohne Rohstoffe aus, die aufgrund hoher Nachfrage und langsam wachsendem Angebot hohe Kosten verursachen: So etwa Nickel, Kobalt, Mangan sowie Aluminium- und Kupferfolien. Insbesondere Nickelt, Kobalt und Mangan als sogenannte Kathodenmaterialien ersetzt Theion in der Kristall-Batterie durch Schwefel in seiner kristallinen Form, in der es in großen Mengen weltweit verfügbar ist.

Ein Ansatz geht sogar soweit, Schwefel, das als Abfallstoff in industriellen Prozessen anfällt, für die Batterieherstellung zu recyceln. Als Resultat reduziert Theion durch den Einsatz von Schwefel die Kosten für die Kathodenmaterialien um sagenhafte 99 Prozent – und macht die Batterie gleichzeitig deutlich nachhaltiger. Konkret soll der Energieverbrauch in der Produktion von der Mine bis fertige Zelle bei 15 kWh el/1 kWh c liegen. Und trotz dieser immensen Kostenersparnis zielt die Technologie der Berliner darauf ab, die Energiedichte zu verdreifachen.

Dabei soll sowohl die Energiedichte pro Gewichtseinheit (gravimetrisch, ≥ 1.000 Wh/kg (Gen 4) als auch die pro Volumeneinheit (volumetrische Energiedichte, ≥ 1.500 Wh/l) entsprechend höher sein im Vergleich zu heute gängigen Lithium-Ionen-Zellen auf NMC-Basis. Gerade dieser Umstand macht die neue Batterie von Theion so attraktiv für eine Vielzahl von mobilen Anwendungen: Für Flugtaxis oder gar Elektroflugzeuge spielt das Gewicht der Batterien die Hauptrolle, während bei mobilen Endgeräten das Volumen maßgeblich ist.

Das Kernproblem von Schwefel-Kathoden, die Zyklenlebensdauer, haben die Berliner, die eine Vielzahl von Patenten angemeldet haben, nach eigenem Bekunden gelöst. Zu der Verlängerung der Lebensdauer (Ziel: ≥ 1.000 Zyklen bei 1 C) tragen innovative Produktionsprozesse bei, indem die kristallinen Materialeigenschaften von Schwefel mit Kohlenstoff-Nanoröhren und einem gewöhnlichen Festelektrolyten kombiniert werden. Spannend: Zur Kohlenstoff-Nutzung hat Theion eine Partnerschaft mit UP Catalyst geschlossen – ein Cleantech-Unternehmen aus Estland, das Kohlendioxid aus der Luft filtert und daraus Graphit macht.

Die von Theion entwickelten nachhaltigen Produktionsprozesse benötigen 90 Prozent weniger Energie sowie nur ein Drittel des Platzbedarfs und der Investitionskosten im Vergleich zu den derzeitigen Gigafabriken, bei vergleichbarem Produktionsausstoß.

Wie weit ist die Kristall-Batterie?

In diesem Jahr sollen erste Entwicklungsmuster der Kristall-Batterie ausgeliefert werden – zunächst an Kunden aus der Luft- und Raumfahrt. Anschließend sollen weitere Pilotkunden beliefert werden, die etwa aus den Bereichen Drohnen, Mobiltelefone oder Laptops kommen können. Ab 2024 soll dann der Elektroflug- und Automobilsektor ebenfalls bedient werden. Die Großserienproduktion – mittelfristig mit Gigafabriken auf mehreren Kontinenten geplant – soll 2025 bereit sein.

Um diesen Pfad bewältigen zu können, plant Theion bis Ende des Jahres eine Series A-Finanzierungsrunde abzuschließen. Bislang hat unter anderem der Internetpionier Lukasz Gadowski in das Kristall-Batterie-Startup investiert, und dieses mit einem mittleren einstelligen Millionenbetrag ausgestattet. Dabei ist Gadowski mit seinem Team Global nicht nur als Geldgeber, sondern auch als strategischer Partner interessant: Denn Team Global hat etwa in Volocopter oder Archer investiert; zwei Cleantech-Unternehmen aus dem Mobilitätsbereich, für die die Batterie mit den Schwefel-Kristallen prädestiniert sein dürfte.

Dr. Ulrich Ehmes, CEO von Theion

Dr. Ulrich Ehmes als CEO bringt seine Erfahrung etwa aus der Arbeit für den Entwickler von Lithium-Ionen-Batterien Leclanché aus der Schweiz mit, um die Lithium-Schwefel-Kathodentechnologie von Theion zu einem kommerziellen Erfolg zu machen.

Theion hat seinen Hauptsitz in Berlin und verfügt über drei Standorte in der Stadt, die auf Zelldesign, Prototyping und Tests spezialisiert sind. Um seine Roadmap auf dem Weg zur Massenproduktion zu beschleunigen, sind Produktionsstätten in Europa, Asien und den USA geplant. Die genauen Standorte für die späteren Giga-Fabriken, die die Kristall-Batterie eines Tages herstellen sollen, stehen noch nicht fest, sollen aber strategisch nah bei den relevanten Kunden errichtet werden.

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