Norcsi entwickelt Verfahren für kostengünstige Fertigung von Siliziumanoden

Batterien könnten günstiger und leistungsfähiger werden. Das lässt zumindest ein neues Verfahren zur Herstellung von Silizium-Anoden hoffen. Ein junges Unternehmen aus Halle an der Saale, die Norcsi GmbH, meldet den Durchbruch. Ein patentiertes Verfahren könnte dazu führen, dass Silizium-Anoden in industriellen Maßstab weniger als die Hälfte von bisher üblichen Grafitanoden kosten.

In der Anode einer Batterie werden die Elektronen gespeichert. Für gewöhnlich besteht sie aus Grafit. Allerding bieten andere Materialien Vorteile. Silizium habe eine zehnmal höhere Speicherkapazität, teilt Norcsi mit. Zudem sei durch Silizium-Anoden eine höhere Entlade- und Ladeleistung machbar. Auch in den noch in die Marktreife zu entwickelnden Festkörperbatterien könnten Silizium-Anoden zum Einsatz kommen.

Volumenveränderung von 400 Prozent

Es gibt aber auch Nachteile. Die Silizium-Anoden verändern den Angaben von Norcsi zufolge innerhalb eines Ladezyklus ihr Volumen um bis zu 400 Prozent. Das führe dazu, dass die Anode porös wird und somit ein vorzeitiger Leistungsverlust der Batterie eintritt. Der Einsatz von Nanodrahtstrukturen und Nanopartikeln aus Silizium ist in der Branche weit verbreitet, allerdings sei die Produktion solcher Anoden enorm aufwändig. Das treibe die Kosten in die Höhe.

Bei Norcsi können solche Silizium-Nanostrukturen jetzt in einem automatisierten Verfahren leicht hergestellt werden. Dazu beschichtet das Team eine Kupferfolie mit einer Lage Silizium, nur wenige Mikrometer dick. Darauffolgend wird die beschichtete Rolle mit „hochenergetischen Blitzen“ behandelt. So soll eine gitterähnliche Nanostruktur entstehen.

Das Prüf- und Beratungsinstitut P3 Group führte an der Norcsi-Anode eine Performance- und Kostenvorteils-Analyse durch. Die Materialkosten dieser Anode sollen sich auf 3,75 Euro pro Kilowattstunde belaufen. Die Kosten für reine Grafitanoden sollen den Unternehmensangaben zufolge bei 10,3 Euro pro Kilowattstunde liegen.

„Die Nutzung einer Siliziumschicht für die Anode galt lange als ungeeignet und wurde daher weitestgehend vernachlässigt. Mit unserem patentierten Verfahren sind uns die Schichtabscheidung und Nutzbarmachung erstmals gelungen“, sagt Marcel Neubert, technischer Geschäftsführer der NorcSi GmbH.

Nanostruktur durch Blitze

Durch den Prozess werden Silizium und Kupferfolie fest miteinander verbunden. Zudem sorgen die Poren und Spalten in der Nanostruktur dafür, dass der mechanische Druck bei der Volumenänderung kompensiert werden kann. So bleibe die Oberfläche der Anode während des Ladevorgangs unverändert. Dadurch können die Hersteller solcher Anoden dann eine Schutzschicht auf die Anode auftragen, die eine Reaktion mit dem Elektrolyten verhindern.

Vor drei Jahren habe sich das Team von Norcsi das erste Mal mit dem Verfahren beschäftigt. Das Verfahren funktioniert auf Kupferfolienrollen mit 180 Millimeter Breite, im kommenden Jahr wollen die Hallenser ihr Verfahren im Industriemaßstab von 400 Millimetern erproben.

Der Gründer von Norcsi Udo Reichmann hofft, dass die Anoden bei Festkörperbatterien zum Einsatz kommen, wobei die Einsatzfelder sich nicht nur darauf beschränken: „Wir rechnen damit, dass unsere Anode überall dort gefragt sein wird, wo die Kombination aus einer hohen Energiedichte und geringen Preisen besonders entscheidend ist. Das sind heute in erster Linie Akkus für batterieelektrische PKW, aber mittelfristig auch LKW, Drohnen und Flugzeuge.“