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Effiziente Lithium-Ionen-Pouchzelle und ihre Ausgangsmaterialien.
K. Selsam-Geißler, Fraunhofer ISC

Effiziente Lithium-Ionen-Pouchzelle und ihre Ausgangsmaterialien.

Nicht radikale Umweltschützer, sondern eine europäische Projektgruppe unter der Koordination des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC forscht unter dem Namen ECO COM'BAT an der nachhaltigen Energiespeicherung. Ziel des Projekts »Ecological Composites for High-Efficient Li-Ion Batteries« ist die Herstellung einer stabilen, leichten und langlebigen Hochvoltbatterie, die u. a. die Reichweite von E-Fahrzeugen erhöht und ein schnelleres Laden ermöglicht.

Die 10 Partner aus Industrie und Forschung arbeiten an einer Hochvoltbatterie, die nicht nur leistungsfähiger, sondern auch hinsichtlich der verwendeten Materialien nachhaltiger sein soll als konventionelle Akkus des gleichen Typs. Im Fokus der Entwicklung steht die Suche nach Alternativen zu den teuren, seltenen oder gar kritischen Materialien, die bisher Verwendung finden.

Neue Materialien sollen Energiedichte erhöhen

Um diesem Ziel näherzukommen, verwenden die Projektpartner innovative Materialien, wie kobaltarmes Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid. Das sog. NMC dient als aktives Material der Elektrode und liefert die erforderliche hohe Energiedichte bei rund 20 Prozent weniger Kobalt als üblich, so die Forscher. 

Eine Kombination aus Carbon-Nanotubes und porösem Kohlenstoff dient als Leitadditiv. Dadurch soll die elektrische Leitfähigkeit der Elektroden verbessert und hohe Energiedichten ermöglicht werden. Als Elektrolyt wird ein spezieller Hochvoltelektrolyt basierend auf dem Leitsalz Lithium-Bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) eingesetzt, der auch bei hohen Spannungen stabil betrieben werden kann. Eine ionenleitfähige Beschichtung aus besonderen Hybridpolymeren schützt die Elektrolytmaterialien und sorgt für hohe Sicherheit, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer der Batterie.

Hochskalierung der Produktionsprozesse

Um die innovativen Batteriematerialien im großen Maßstab herstellen zu können, ist es eine erste Aufgabe des ECO COM'BAT Projekts, die Produktionsprozesse hochzuskalieren. Im nächsten Schritt soll dann die eigentliche Zellproduktion für den industrienahen Pilotmaßstab bis hin zum Produktionsmaßstab hochskaliert werden. Dabei sollen automobile Standardanforderungen ebenso wie energie- und kostengünstige Produktionsmethoden berücksichtigt werden.

Schließlich sollen auch effiziente Recyclingverfahren entwickelt werden, um die wertvollen Batteriematerialien wie Graphit, Kobalt und Lithium zurückgewinnen zu können. Um eine bestmögliche Wiederverwertung von Rohstoffen und Batteriematerialien zu erreichen, wollen die Forscher bereits bei der Herstellung der Prototypen auf ein recyclinggerechtes Design achten.

Mehr Informationen zum Projekt ECO COM'BAT finden Sie unter www.isc.fraunhofer.de

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