CAU und Rena wollen Siliziumbatterie zur Marktreife bringen

Am Freitag haben die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und die Rena Technologies GmbH ein das Forschungsprojekt „Entwicklung und Charakterisierung von großflächigen, porösen Si-Film-Anoden für Lithium-Schwefel-Silizium-Energiespeichern“ (PorSSi) gestartet. Dabei gehe es um einen neuen Ansatz für die Weiterentwicklung einer Siliziumbatterie. Die Wissenschaftler aus Kiel und der Photovoltaik-Zulieferer wollten ihre Erkenntnisse zu porösen Siliziumanoden kombinieren. Bislang gilt Silizium zwar als vielversprechend für die Steigerung der Leistung von Batterien, ist aber mechanisch nicht stabil genug.

Ziel sei es, zum einen eine hochleistungsfähige Siliziumbatterie zu entwickeln. Zum anderen solle für die Halbleiter- und Solarbranche auch ein Konzept erarbeitet werden, um sie in großem Maßstab industriell herzustellen. „Theoretisch ist Silizium das beste Material für Anoden in Batterien, allerdings bringt es zahlreiche Probleme mit sich. Aber durch unsere bisherigen Forschungen haben wir gelernt, mit diesen Störfaktoren umzugehen“, erklärt CAU-Projektleiterin Sandra Hansen.

„Die ganze regenerative Energie wartet auf die bessere Batterie“, ergänzt Jürgen Carstensen vom Institut für Materialwissenschaft an der CAU. Silizium gelte dabei schon lange als großer Hoffnungsträger für die Elektromobilität, da es bis zu zehnmal mehr Energie speichern könne als die Graphit-Anoden in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Allerdings sei die Lebensdauer von Siliziumanoden bisher zu gering. Beim Laden der Batterie dehnt sich das Silizium extrem stark um 400 Prozent aus und kann dadurch leicht brechen, wie es weiter hieß.

Die Kieler Materialforscher wollen ihre jahrelangen Arbeiten an porösem Silizium und Silizumdrähten in die Entwicklung einfließen lassen. Die finale Batterieanode sollten 100 Prozent Silizium enthalten und damit ihr Energiepotenzial voll ausschöpfen. Die bisherigen Modelle bestünden gerade einmal zu etwa fünf Prozent aus Silizium. Die Kathode wolle das Forscherteam aus Schwefel herstellen. „Eine Schwefelkathode bietet die maximal mögliche Speicherkapazität. Wir kombinieren in diesem Projekt also zwei Materialien, die eine wirklich hohe Leistungsfähigkeit der Batterie versprechen“, sagt Hansen. Zudem werde eine Methode aus der Photovoltaik-Industrie weiterentwickelt, um die Qualität und Funktionsfähigkeit der Siliziumschichten zu verbessern. Rena verfüge über große Erfahrungen bei nasschemischen Ätz- und Beschichtungsanlagen.

Das Forschungsprojekt, das die Siliziumbatterie zur Marktreife bringen soll, wird vom Bundesbildungsministerium gefördert. CAU und Rena erhalten jeweils rund eine halbe Million Euro für die Entwicklung. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren.