Batterieforschung Das sind die Feststoffbatterien der nächsten Generation

Metallisches Lithium als Anodenmaterial und ein fester Elektrolyt gehören zum Rezept für leistungsfähigere Feststoffbatterien. Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) arbeitet daran im Projekt Alano.

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Leicht, leistungsstark, bezahlbar und sicher! Das sind die Eigenschaften, die Akkumulatoren für Elektroautos vereinen müssen, sagen die am Projekt beteiligten Batterieexperten des HIU, das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Ulm gegründet wurde und die zusammen mit Automobilherstellern seit einiger Zeit verstärkt auf Feststoffbatterien setzen, um die Vorgaben zu erfüllen. Denn bei dieser Bauform bestehen sowohl beide Elektroden als auch der Elektrolyt aus festen Materialien. Besonders der feste Elektrolyt verspreche Sicherheitsvorteile, weil er schwer entflammbar ist und natürlich nicht auslaufen kann.

Das neue Verbundvorhaben Alano (Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien) befasst sich deshalb mit Lithium-Batterien der nächsten Generation und fokussiert sich auf die Lithiummetall-Anode als zentrale Komponente. Koordiniert wird Alano von der BMW AG. Es zielt darauf ab, die Energiedichte einer Feststoffbatterie zu erhöhen – und zwar auf einem hohen Sicherheitsniveau.

Mit Feststoffbatterien sicherer und länger unterwegs

Mit Lithiummetall als Anode bestehe eine gute Chance, die Energiedichte auf Zellebene erheblich zu steigern und damit die Reichweite von Elektroautos deutlich zu vergrößern, erklärt Professor Stefano Passerini, Direktor des an Alano beteiligten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) und Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemie der Batterien am HIU.

Entscheidend sei dabei die Kombination mit einem festen Elektrolyten. Im Gegensatz zu konventionellen Flüssigelektrolyten, die stark mit Lithiummetall reagieren, sind Festelektrolyte weniger reaktiv und sorgen damit für kinetisch stabile Grenzflächen, heißt es weiter. Das bringe weitere Pluspunkte, denn erstens werde die Sicherheit wesentlich verbessert, weil die Zellen keine flüssigen und leicht brennbaren Bestandteile enthalten. Und Dr. Dominic Bresser, Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemische Energiespeichermaterialien am HIU, erläutert zudem: „Auch erhöht sich die Robustheit der Zellen, wodurch Handhabung, Kühlung und Systemintegration leichter werden.“ So können sich die Kosten auf Zell-, Modul- und Systemebene verringern, ist man sich sicher. Zugleich steige die Lebensdauer der Zellen, was auch dem Aspekt Nachhaltigkeit entgegenkomme.

Das Projekt Alano deckt die gesamte Wertschöpfungskette von Feststoffbatterien mit Lithiummetall als Anodenmaterial ab. Der Bogen spanne sich von der Auswahl der Materialien über die Herstellung der Komponenten, die Verarbeitung zu Zellen, die Skalierung der Batterien für den Einsatz in Fahrzeugen und andere Anwendungen bis hin zum Recycling. Die Integration in die Kreislaufwirtschaft sei also ebenfalls berücksichtigt.

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