„Eco Com’Bat“ entwickelt nachhaltigere Lithium-Ionen-Hochvoltbatterien

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Die steigende Zahl der Elektrofahrzeuge wird die Nachfrage nach leistungsstarken Hochvoltbatterien in den kommenden Jahren massiv treiben. Die wachsende Zahl großer Lithium-Ionen-Hochvoltbatterien für die Autoindustrie könnte dabei zu einer großen Herausforderung für den Ressourcenbedarf werden. Daher hat die EU das vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC koordinierte Forschungsprojekt „Eco Com’Bat“ finanziert, das umweltfreundliche und leistungsstarke Materialien für die nächste Generation der Hochvoltbatterien finden sollten. Insgesamt zehn Institute und Unternehmen waren an den Forschungsarbeiten zwischen April 2016 und Dezember 2018 beteiligt, um alle Aspekte der Wertschöpfungskette abzudecken.

„Die Hauptaufgabe des Eco Com’Bat-Projekts bestand darin, konventionelle, oft teure, seltene oder sogar kritische Materialien wie Kobalt in den Elektroden und Fluor im Elektrolyten zu ersetzen“, erklärt Projektkoordinator Andreas Bittner vom Fraunhofer ISC. So sei für das Projekt mit anorganisch-organischen Hybridpolymeren der Marke Ormocer-beschichtetes, kobaltarmes NMC 622 und ein spezieller Hochspannungselektrolyt auf Basis des Leitsalzes Lithium-Bis(fluorsulfonyl)imid (LiFSI) an die hohen Batterieanforderungen angepasst worden. Vorteil sei, dass es auch bei hohen Spannungen stabil betrieben werden kann, wie das Fraunhofer ISC erklärte. Damit sei der Kobaltgehalt der Hochvoltbatterien um etwa 20 Prozent und der Fluorgehalt im Elektrolyten um zwei Drittel verringert worden. Die Energie- und Leistungsdichte sei durch den Einsatz strukturgebender Additive zudem deutlich erhöht worden. Die nachhaltigen Materialien sind für das Projekt in einer gängigen Pouchzelle verarbeitet worden. Diese hat dem Fraunhofer ISC zufolge eine um bis zu 50 Prozent höhere Zyklenstabilität im Vergleichtest mit industriellen Referenzproben gezeigt.

Auch die Praxistauglichkeit der nachhaltigen Hochvoltbatterien sei im Zuge des Projekts getestet worden. Dafür seien die innovativen Materialien mit bekannten Produktionseigenschaften kombiniert worden, um in wenigen Schritten eine Pilotstufe für Losgrößen bis 20 Kilogramm zu erreichen. Zur Optimierung der Materialien sei zudem eine umfassende Simulation der Batterieleistung und -alterung vorgenommen worden. Auch ein Recyclingkonzept sei entwickelt worden, um die wertvollen Materialien wie Nickel, Kobalt, Graphit und Lithium zurückzugewinnen und die Nachhaltigkeit zu steigern.

„Die guten Projektergebnisse lassen auf eine ökonomisch sehr interessante neue Generation nachhaltiger Hochvoltbatterien hoffen. Die Materialien können schnell in einen produktionsnahen Maßstab hochskaliert werden, wenn entsprechende Nachfrage besteht“, heißt es vom Fraunhofer ISC weiter.

Das European Institute of Innovation and Technology (EIT) hat das Projekt finanziert. Neben dem Fraunhofer ISC waren auch noch die Materialhersteller Arkema und Umicore, die Zellherstellern Saft und Customcells sowie die Forscher von CEA , CSIC, ENEA, VITO und der TU Darmstadt an der Entwicklung beteiligt.