Varta forscht an Eisen-Slurry- und Zink-Ionen-Batterien

Der Batteriehersteller Varta forscht an neuen Zelltechnologien jenseits von Lithium-Ionen. In zwei voneinander unabhängigen Forschungsvorhaben arbeitet der Hersteller an der Weiterentwicklung von Batterietechnologien, die auf Eisen-Slurry und Zink-Ionen basieren.

Bei der Eisen-Slurry-Luft-Batterie will Varta die Leistung verbessern. Wie der Name bereits andeutet, werden bei der Eisen-Slurry-Batterie Eisenpartikel in einem Elektrolyten gelöst.- Dabei entsteht eine dickflüssige Masse, Slurry genannt. Die Eisenpartikel sind das Speichermedium und reagieren in der eigentlichen Zelle mit Sauerstoff aus der Luft. Beim Entladen wird die Masse aus einem Behälter heraus in die Zelle gepumpt, wo sie mit Luft reagiert und dadurch Energie frei wird. Beim Laden funktioniert werden Eisenmassen und Luft durch den Einsatz von Energie wieder voneinander getrennt. Um die Kapazität zu erhöhen, lässt sich der Behälter einfach beliebig vergrößern.

Die Eisenmasse ist kein perfekter Leiter, da sich die Eisenpartikel in der Masse nicht immer berühren. Die verminderte Leitfähigkeit sorgt für die geringere Leistung. Lithium-Ionen Zellen haben eine Spannung von etwa 3,6 Volt. Bei Eisen-Slurry Batterien sind es nur 1,x Volt.

Das Forschungsprojekt „FeEnCap“ ziele darauf ab, das Problem zu beheben. „FeEnCap hat nun das Ziel, durch die Einkapselung der Slurry-Bestandteile die Leitfähigkeit so zu verbessern, dass das System eine gute Lade- und Entladefähigkeit aufweist“, sagt Cornelia Wiedemann, Projektmanagerin in der Produktentwicklung bei Varta.

Als stationärer Speicher bieten solche Batterien jedoch einigen Vorteile wie eine hohe Rohstoffverfügbarkeit, hohe Sicherheit und Wiederverwendbarkeit. Das Forschungsprojekt wird von mit vier weiteren Unternehmen sowie zwei Forschungsinstituten durchgeführt und vom Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Ziel sei es, in fünf Jahren die ersten kommerziellen Speicher mit dieser Technologie entwickelt zu haben.

Wässrige Zink-Ionen-Batterien

In einem weiteren Forschungsprojekt arbeitet Varta mit weiteren Unternehmen an der Weiterentwicklung von wässrigen Zink-Ionen-Batterien. Der Batteriehersteller sagt, dass solche Batterien als umweltfreundlich, wirtschaftlich und sicher gelten. Es bestehe keine Brandgefahr, da Wasser ein wesentlicher Zellbestandteil sei.

Obwohl das alles ideale Voraussetzungen für grüne Batterietechnologie sind und obwohl die ZIB-Systeme bereits eine hohe technologische Reife erreicht haben, konnte sich die Technologie im Vergleich zu der Lithium-Ionen-Batterie (LIB) bislang nicht über breite Anwendungsfelder durchsetzen“, sagt Nicolas Bucher, Head of Funded Projects bei Varta. Die Herausforderung bestehe vor allem in dem geringen Wirkungsgrad, sowie der kurzen Lebensdauer. Diese beiden Parameter wollen die Entwickler von Varta im Forschungsprojekt „ZIB2“ verbessern.

Als Elektroden kommen in solchen Batterien Materialien wie Vanadiumoxide, Manganoxide oder sogenannte Preußischblau-Analoga, wie Kupferhexacyanoferrat zum Einsatz. An letzterem forschen die Varta-Entwickler. Das Elektrodenmaterial lasse sich einfach und kostengünstig synthetisieren und zeichne sich durch eine hohe Lade- und Entladeraten aus. Die Lebensdauer betrage jedoch nur 300 Zyklen. In dem Projekt wollen die Entwickler die Struktur des Materials so verändern, dass es stabil bleibt. Schon mit den ersten Forschungsergebnissen konnte eine Lebensdauer von 800 Zyklen erreicht werden.

Das Forschungsprojekt laufe noch bis zum 31. Januar 2026. Anschließen will Varta kommerzielle Batterien mit Zink-Ionen Technologie entwickeln. Der Markteintritt könnte Varta zufolge dann ab dem Jahr 2030 kommen.