ZSW forscht an Zink-Manganoxid-Batterie als umweltfreundliche Lithium-Alternative

Um Batterien umweltfreundlicher zu gestalten, wäre es wohl am besten, man könnte gleich komplett auf kritische Rohstoffe verzichten. Statt Lithium-Ionen-Batterien könnten dann Zink-Manganoxid-Batterie in stationären Anwendungen zum Einsatz kommen. Daran arbeitet jetzt das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gemeinsam mit einer ganzen Reihe von Forschungsgruppen diverser Institute innerhalb des Verbundprojektes „ORRCABATT“. Die anderen Bestandteile der Batterie sollen unter anderem auf Grundlage von Ökobilanzen gewählt werden. Schon jetzt in der frühen Entwicklungsphase der neuen Batterie wollen die Forschenden Recyclingwege entwickeln und in das Design der Batterie mit einfließen lassen.

Die Bestandteile Zink und Mangan seien umweltfreundlicher als Lithium, heißt es in der Mitteilung des Forschungsinstituts. Zudem seien die beiden Metalle „breit verfügbar“. Das hilft auch beim Preis. Die Materialkosten für Zink-Manganoxid-Batterien seien um den Faktor zwei bis drei geringer als bei Lithium-Ionen-Batterien. Sie lägen bei 15 bis 50 Euro pro Kilowattstunde. Ein weiterer Vorteil der neuartigen Batterie sei die geringe Anfälligkeit für Überhitzung und die Nicht-Brennbarkeit. Die Batterie verspreche somit große Sicherheit.

Vielversprechend sei auch die Energiedichte. Sie liege zwar unter der von Lithium-Ionen-Batterien, sei aber dennoch ausreichend für diverse Anwendungsbereiche. Daher gehen die Forschenden von einem Einsatz im stationären Bereich aus. Die Energiedichte liege bei 400 Wattstunden pro Liter, oder 150 Wattstunden pro Kilogramm.

Die Herausforderung besteht darin, aus den bereits existierenden Zink-Manganoxid-Batterien auch wiederaufladbare Batterien zu entwickeln. Bisher ist die Technologie nur in Einweg-Batterien verbreitet. Am ZSW soll eine innovative Membrantechnologie dazu führen, dass diese Art von Batterien als Akku verwendet werden können. Es seien bereits Prototypen mit außergewöhnlicher Zyklenstabilität im Labor entstanden. Ziel sei es, eine Prototypzelle mit 100 Wattstunden pro Kilogramm und mehr als 150 Ladezyklen zu entwickeln.

Im nächsten Schritt wollen die Forschungspartner die Komponenten weiterentwickeln. Dafür sei eine umfassende Charakterisierung der Batteriekomponenten auf physikalischer, chemischer und elektrochemischer Ebene geplant.

An dem Projekt beteiligt sind gleich mehrere Institute der TU Braunschweig, das Physikalisch Chemische Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen, das Institute for Decentralized Electrification, Entrepreneurship and Education, der Batteriehersteller Varta, der Membranspezialist Fumatech BWT und die Grillo-Werke als Zink-Luft-Batteriespeicher-Hersteller. Für Varta ist dies bereits das zweite Verbundforschungsprojekt, dass sich mit Zink-Ionen-Technologie befasst.

Das Forschungsvorhaben wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 3,3 Millionen Euro gefördert und soll zunächst für einen Zeitraum von drei Jahren laufen. Das Fraunhofer ISI bewertet in seiner kürzlicher erschienen „Alternative Battery Technologies Roadmap 2030+“ eine Markteinführung von Zink-Ionen-Batterien in stationären Anwendungen schon im Jahr 2025 als realistisch.