EU-Forschungsprojekt soll Grundlage für Fertigung nachhaltiger Batteriezellen in Europa schaffen

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Das europäische Forschungsprojekt namens „Si-DRIVE“ zielt darauf, eine nachhaltige Batteriezelle zu entwickeln, die aus einer nanostrukturierten Silizium-Anode, einem neuartigen auf ionischen Flüssigkeiten basierenden Festelektrolyten und einer vollständig kobaltfreien, aber lithiumreichen Kathode besteht. Die Forscher wollen damit die Grundlage für den Aufbau einer Serienfertigung von ökologisch unproblematischen Batteriezellen in Europa schaffen. Aus Deutschland sind das Helmholtz-Institut Ulm (HIU), das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) an „Si-DRIVE“ beteiligt. Das  Projekt bündelt die Aktivitäten von insgesamt 17 Forschungseinrichtungen aus acht Ländern.

Das HIU ist im Projekt für das Kathodenmaterial zuständig. Statt des heute üblichen Kobalts sollen hier Elemente wie Eisen oder Aluminium eingesetzt werden. Kobalt gilt als kritischer Rohstoff, da es eine knappe Ressource ist. Fast zwei Drittel der weltweit geförderten Menge stammen aus der Demokratischen Republik Kongo. In den Minen werden oft Kinder als billige Arbeitskräfte eingesetzt, berichtet Amnesty International. Neben dem Ersatz des Kobalts wollen die Wissenschaftler auch den Lithiumgehalt in der Schichtoxid-Kathode gegenüber den herkömmlichen Materialien erhöhen. Das soll zu einer deutlichen Steigerung der Energiedichte führen.

Das von der EU mit acht Millionen Euro geförderte, über vier Jahre laufende Forschungsvorhaben geht aber noch deutlich über die Zellentwicklung hinaus. „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“, erklärt Professor Stefano Passerini, Direktor des HIU.

Besonderes Augenmerk liegt dabei auf der Entwicklung eines Kreislaufwirtschaftskonzepts. Denkbar sind den Forschern zufolge Szenarien, in denen altersschwache Batterien von Elektroautos zusammengelegt werden und als stationäre Speicher weiterverwendet werden. Auch Anoden- und Elektrolytkonzept folgen diesem Nachhaltigkeitsgedanken: Die Nanostrukturen der Anode werden so designt, dass eine lange Zyklenstabilität durch eine ideale Geometrie mit hohen Massenbeladungen ermöglicht werden kann. Die Struktur der Anode wird durch Modellierung dahingehend optimiert, dass Volumenausdehnung und mechanische Deformation bestmöglich abgepuffert werden und gleichzeitig eine maximale Energiedichte aufrechterhalten werden kann. Der neuentwickelte Festelektrolyt basiert auf ionischen Flüssigkeiten, die für mehr Stabilität bei hohen Spannungen, höchste Sicherheit und niedrige Entflammbarkeit sorgen.