„Sense“ will Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation entwickeln

Vier Jahre Laufzeit, fünf Forschungsinstitute, sechs Industrieunternehmen, sieben europäische Länder, zehn Millionen Euro – das ist der Rahmen des europäischen Batterieforschungsprojekts „Sense“, das von Empa-Forscher Corsin Battaglia und seinem Team koordiniert wird. In der Schweiz fiel jetzt der offizielle Startschuss für die gemeinsame Arbeit an Lösungen für die Lithium-Ionen-Batterie der nächsten Generation, der sogenannten Generation 3b. Wie die Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt mitteilte, ist auch Northvolt an Bord. Die schwedische Firma plant derzeit die erste europäische Gigafactory mit einer Fertigungskapazität von 32 Gigawattstunden pro Jahr, die in Schweden errichtet werden soll. Eine weitere Gigafactory mit 16 Gigawattstunden Jahresproduktion soll als Joint-Venture mit Volkswagen in Salzgitter entstehen.

„Sense“ ist laut Empa Teil der europäischen Batterie-Allianz. Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation sollen demnach im Unterschied zu aktuellen Antriebsbatterien über eine höhere Energiedichte, eine verbesserte Zellchemie und ein verbessertes Batteriemanagement verfügen. Die Anoden sollen dafür nicht mehr aus reinem Graphit bestehe, sondern aus Silizium-Graphit-Composites. In der Kathode soll der Kobalt-Anteil gesenkt werden, außerdem soll sie ohne den Einsatz von brennbaren und toxischen Lösungsmitteln hergestellt werden, um die Serienproduktion der Zellen zu vereinfachen und zu verbilligen. Zudem sollen neue Additive in der Elektrolytflüssigkeit sowie Schutzschichten die Batterie langsamer altern lassen und mehr Ladezyklen möglich machen. Dazu sollen auch neue Sensoren beitragen, die aus dem Inneren der Batteriezellen Daten ans Batteriemanagement liefern und so ein deutlich verfeinertes Temperaturmanagement ermöglichen. Wie die Empa weiter mitteilte, soll die „Generation 3b“ auch in Sachen Nachhaltigkeit den bisherigen Lithium-Ionen-Batterien überlegen sein. Daher würden auch die Weiterverwendung gealterter Fahrzeugbatterien als stationäre Speicher und das Recycling der Batterien bei dem Forschungsprojekt berücksichtigt.

Forschungspartner der Empa sind die Westfälische Wilhelms-Universität Münster, das Forschungszentrum Jülich, die Coventry University und das Austrian Institute of Technology sowie die Firmen Solvionic, FPT Motorenforschung, Lithops, Northvolt, Enwires und Huntsman Advanced Materials. Am Ende des Projekts im Frühjahr 2024 soll eine Reihe von Batteriezell-Prototypen entstanden sein, und die entwickelte Fertigungstechnologie soll in Form von Patenten den Weg in die Industrie finden.

Das Team um Corsin Battaglia ist zudem an dem europäischen Forschungsprojekt „Solidify“ beteiligt, das Batterien der übernächsten Generation – sogenannte Festkörper-Lithium-Metall-Batterien – entwickelt. Im Unterschied zu heutigen Lithium-Ionen Batterien und denen der Generation 3b sollen diese Festkörperbatterien keine flüssigen, feuergefährlichen Bestandteile mehr enthalten und damit sicherer und resistenter gegen Hitze sein. Diese Batterien – genannt Generation 4b – könnten nach Meinung der Experten in etwa zehn Jahren marktreif sein. Sie sollen bei halbem Gewicht, der Hälfte der Baugröße und halbierten Produktionskosten die gleiche Speicherkapazität liefern wie heutige Lithium-Ionen-Batterien.