Silizium aus alten Solarmodulen findet eine neue Verwendung in Anoden für Lithium-Ionen-Batterien der neuen Generation. Das ist der Ansatz des Forschungsprojekts „Restina“, kurz für „Recovered Silicon / Tin Sulphide Nanocomposite Anode Materials for Generation 3b Lithium Ion Batteries“. Ziel des Projekts ist es, leistungsstarke und nachhaltige Anodenmaterialien für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien zu entwickeln.
Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien setzen meist auf Graphit als Anodenmaterial. Silizium bietet hingegen eine deutlich höhere spezifische Kapazität. Theoretisch seien bis zu zehnmal mehr Lithium-Ionen als bei Graphit möglich, wie erste Pioniere in dem Feld berichten. Doch die Technologie steht noch vor Herausforderungen bis zur Marktreife. Silizium dehnt sich beim Laden stark aus, was zu Partikelbrüchen und einer verkürzten Lebensdauer führt.
Das Projektkonsortium setzt deshalb auf eine Materialkombination aus recyceltem Silizium aus Photovoltaik-Modulen und Zinnsulfid (Si/SnS₂). Letzteres soll durch seine gute elektrische Leitfähigkeit und strukturelle Stabilität die Schwächen reinen Siliziums ausgleichen. Das Ziel ist eine langlebige, leistungsstarke und zugleich nachhaltige Anode.
Die Forscher streben die gezielte Ausbildung von sogenannten Heterostrukturen an den Grenzflächen der Nanopartikel an. Diese sollen mechanische Belastungen durch Volumenänderungen während des Ladezyklus abfedern. Zusätzlich soll die Bildung stabiler SEI-Schichten (Solid-Electrolyte-Interface) die Leitfähigkeit verbessern.
Zur Herstellung der Si/SnS₂-Komposite werden zwei skalierbare Verfahren kombiniert. Ein solvothermischer Prozess in umweltfreundlichen Lösungsmitteln sowie das hochenergetische Kugelmahlen. Eine kohlenstoffbasierte Schutzschicht macht das Material luftstabil und ermöglicht eine wasserbasierte Weiterverarbeitung. Das sei ein wichtiger Schritt hin zu umweltfreundlichen Batteriematerialien, wie das österreichische Forschungsinstitut mitteilt. Auch das spätere Recycling in wässrigen Medien sei dadurch möglich.
Das Austrian Institute of Technology (AIT) entwickelt die Nanokomposite und skaliert deren Produktion auf ein industriekompatibles Niveau. Geplant ist zudem die Herstellung erster Pouch-Zellen mit Kapazitäten zwischen zwei und fünf Amperestunden. Bis 2025 soll ein Technologiereifegrad (TRL) von 4 erreicht werden.
Beteiligt sind neben dem AIT auch die Universitäten Wien und Lüttich. Der Industriepartner Frimeco Produktions GmbH bringt seine Expertise in der Synthese und Beschichtung funktionaler Nanomaterialien ein.
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