Lithium-Ionen-Akkus sind derzeit die Speichertechnologie, die sich als massentauglich für die Energiewende bewährt hat. Nicht nur als stationäre Speicher, sondern auch als Batterien für Elektroautos haben sie für den Umstieg von fossilen Energieträgern eine Schlüsselfunktion. Denn sie haben jede Menge Vorteile: Sie bieten eine hohe Energiedichte und können oft geladen und entladen werden. Dennoch geht die Entwicklung stetig weiter, um beispielsweise noch höhere Energiedichten zu erreichen.
Glas und Carbon als Rohmaterial
Im Entwicklungsprojekt Revolect arbeiten acht Partner an der Verbesserung von Lithiumspeichern. Sie verfolgen dabei zwei Ansätze. Zunächst erforschen sie einen Ersatz der üblichen Metallfolien durch eine metallisierte Gewebestruktur als Stromsammler. Hier ist Porcher Industries Germany federführend tätig. Das Unternehmen hat sich auf die Fertigung von Glasgeweben aus Glasfilamentgarnen spezialisiert. Für die Lithiumakkus entwickelt Porcher Industries ultraleichte Glasgewebe als Basis für die Stromkollektoren. Diese sollen aus feinsten Glasfilamentgarnen hergestellt werden. Parallel dazu arbeitet Forscher des Instituts für Textilmaschinen und Textile Hochleistungswerkstofftechnik (ITM) an der Technischen Universität Dresden an ultraleichten Carbongeweben um damit hocheffiziente Elektroden herzustellen.
Gewebe metallisieren
Die von beiden Projektpartner entwickelten Carbon- und Glasgewebe werden im Anschluss von Elfolion weiterverarbeitet. Das Unternehmen aus Quedlinburg hat sich auf verschiedene Varianten der Beschichtung von Oberflächen spezialisiert. Hier werden die Glas- und Carbonmaterialien durch vakuumtechnische Verfahren für den Einsatz als Stromkollektoren metallisiert. Das Bandmaterial, das dadurch entsteht, wird dann zu Elektroden weiterverarbeitet.
Weniger Material, mehr Energie
Elfolion selbst will eine Kathode für die Batteriezelle kreieren, die aus porösen Festkörperstrukturen besteht. Diese sind die Aktivkomponente der Elektrode. Durch diese offenmaschige und leichte Struktur der Elektrode soll der Materialeinsatz reduziert werden, bei gleichzeitiger Erhöhung der aktiven Oberfläche. Auf diese Weise erreichen die Entwickler eine höhere Energiedichte der Batteriezellen, bezogen sowohl auf das Gewicht als auch das Volumen.
Produktionsanlage entwickeln
An der Umsetzung in die Massenfertigung arbeiten Forscher:innen der vom Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen. Sie wollen die gewebebasierten Stromkollektoren mit Elektrodenmaterialien auf Slurrybasis beschichten. Dazu wird eine bestehende Pilotanlage zur Produktion von Batteriezellen auf die Verarbeitung der neuartigen Materialien hin umgestellt. Zusätzlich untersuchen die Aachener Forscher:innen, wie die Produktion der Batteriezellen durch die neuen Materialien ausgelegt werden muss.
Silizium für die Anode
Einen weiteren Ansatz verfolgen die Wissenschaftler:innen des Fraunhofer-Instituts für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik (FEP) Sie wollen reines Silizium auf den Gewebestrukturen abscheiden. Damit sollen die bisherigen Anoden ersetzt werden. „Die Siliziumschicht und die Gewebestrukturen müssen wir so aufeinander abstimmen, dass hinsichtlich der gravimetrischen Energiedichte der Anode ein Optimum erzielt wird“, umreißt Claus Luber von Fraunhofer FEP die Herausforderung. „Das Fraunhofer FEP hat jahrzehntelange Erfahrung in der Entwicklung von Rolle-zu-Rolle-Technologien. Darauf aufbauend werden wir einen passenden und ökonomisch attraktiven Rolle-zu-Rolle-Bedampfungsprozess entwickeln“, stellt er in Aussicht.
Zelldesign entwickeln
Der Batteriezellhersteller Customcells und Entwickler des Insituts für Experimentelle Physik der Bergakademie Freiberg werden die einzelnen Komponenten eingehend durchtesten und Vorschläge ausarbeiten, wie das Design der Batteriezellen später aussehen soll. Die Projektpartner gehen davon aus, dass innerhalb der nächste drei Jahre aus den Neuentwicklungen ein anwendungsfähiger Energiespeicher entsteht. (su)
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