Batterieproduktion in Europa

Batterieproduktion in Europa

Die Etablierung einer europäischen Lithium-Ionen-Batteriefertigung lautet das Ziel des europäischen Forschungsprojektes Si-DRIVE. Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und das Helmholtz-Instituts Ulm suchen gemeinsam mit Partnern nach innovativen Lösungen.

Forscherinnen und Forscher prüfen die Zyklenstabilität der verbesserten Lithium-Ionen-Zelle. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)
Forscherinnen und Forscher prüfen die Zyklenstabilität der verbesserten Lithium-Ionen-Zelle. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)

Sie entwickeln ein nachhaltiges Zellkonzept, das ausschließlich auf ökologisch und ökonomisch unkritischen Materialien basiert. Bis zum Jahr 2030 will man einen Plan für eine europäische Produktion entwickelt haben. Das Projekt finanziert die Europäische Union (EU) mit acht Millionen Euro während einer vierjährigen Laufzeit.

Produktion muss verlagert werden

Asien beherrscht bisher den Herstellungsmarkt für Lithium-Ionen-Zellen. Dort werden rund 90 Prozent der Batterien hergestellt. Nun soll Europa nachziehen und eine eigene Batterieproduktion etablieren. Die Wissenschaftler wollen eine Zelle entwickeln, die aus einer nanostrukturierten Silizium-Anode, einem neuartigen auf ionischen Flüssigkeiten basierenden Festelektrolyten und einer vollständig kobaltfreien, aber lithiumreichen Kathode besteht. Ein damit einhergehendes Recyclingprogramm könnte eine nachhaltige Batterieproduktion ermöglichen.  

„Das Besondere an dem Projekt ist, dass wir im Verbund von der Materialentwicklung über Prototypzellenfabrikation bis hin zum Recycling alle Schritte der Wertschöpfungskette einer Batterie abdecken“, so Professor Stefano Passerini, Direktor des HIU. Die Forschungsgruppe des Professors entwickelt das neuartige, kobaltfreie Kathodenmaterial mit unkritischen Elementen wie Eisen oder Aluminium. Kobalt gilt als kritischer Rohstoff, da es eine knappe Ressource und geopolitisch schwer zugänglich ist. Die Arbeitsbedingungen der Arbeiter in den Kobaltminen im Kongo sind ein weiterer Kritikpunkt. „Gleichzeitig wollen wir den Lithiumgehalt in der Schichtoxid-Kathode gegenüber den herkömmlichen Materialien signifikant erhöhen, um eine deutliche Steigerung der Energiedichte zu erzielen“, so Passerini.

Nachhaltigkeit als Ziel

Fünf Partner untersuchen, wie beispielsweise „altersschwache“ Batterien von Elektroautos zusammengelegt und als stationäre Speicher weiterverwendet werden können. Dazu prüfen sie das Konzept einer Kreislaufwirtschaft. Anoden- und Elektrolytkonzept folgen ebenfalls dem Nachhaltigkeitsprinzip mit dem Ziel, am Ende eine Recyclingrate von über 50 Prozent zu erreichen. Die Nanostrukturen der Anode werden so angelegt, dass eine lange Zyklenstabilität durch eine ideale Geometrie mit hohen Massenbeladungen ermöglicht wird. Die Struktur der Anode wird durch Modellierung dahingehend optimiert, dass Volumenausdehnung und mechanische Deformation bestmöglich abgefangen werden und gleichzeitig eine maximale Energiedichte aufrechterhalten wird. Der neu entwickelte Festelektrolyt funktioniert auf Basis ionischer Flüssigkeiten, die für mehr Stabilität bei hohen Spannungen, höchste Sicherheit und niedrige Entflammbarkeit sorgen.

Insgesamt 17 Einrichtungen aus Wissenschaft und Industrie aus acht Ländern sind an dem Zukunftsprojekt beteiligt, das vom europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizon 2020 geförderte wird. Mit den Forschungsgruppen von Professor Arnulf Latz vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie von Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind zwei weitere Partner des HIU beteiligt.

EU-Projekt Si-DRIVE arbeiten 17 Einrichtungen aus Wissenschaft und Industrie aus acht Ländern zusammen (Grafik: Si-DRIVE)
EU-Projekt Si-DRIVE arbeiten 17 Einrichtungen aus Wissenschaft und Industrie aus acht Ländern zusammen (Grafik: Si-DRIVE)

EU-Projekt Si-DRIVE arbeiten 17 Einrichtungen aus Wissenschaft und Industrie aus acht Ländern zusammen (Grafik: Si-DRIVE)