Power Push Fraunhofer-Forscher packen mehr Energie in Batteriezellen

Rund zehn bis 15 Prozent mehr Energie stecken jetzt in Batteriezellen, wobei ihre Größe gleich bleiben kann, wie man vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) nebst Partner hört ...

Normalerweise bestehen die Anode und Kathode – bekanntlich die beiden Elektroden einer Batteriezelle – aus sehr vielen dünnen sich abwechselnden Elektrodenbeschichtungen und Stromableitern. Das ISE hat es nun aber geschafft, die Dicke der Elektrodenbeschichtung von den bisher üblichen 100 bis 200 Mikrometern auf bis zu 800 Mikrometer anzuheben und damit die Anzahl der benötigten Stromableiter deutlich zu senken. So erhöht sich der Platz für aktives Material und dadurch steigt je nach Batterietyp und -auslegung die Energiedichte um zehn bis 15 Prozent, wie Dr. Oliver Fitz, Gruppenleiter Batteriezelltechnologie am ISE, erklärt. Sein Team validierte dabei den neuartigen Aufbau der Elektroden für Zink-Ionen-, Natrium-Ionen- und Lithium-Ionen-Batterien zunächst experimentell an kleinen Batteriezellen im Labor. Für Lithium-Ionen-Typen fertigten man auch schon Prototypen von Pouch-Batteriezellen mit dem neu entwickelten Elektrodenaufbau auf einer semi-automatisierten Fertigungslinie. Diese befindet sich im modernen Trockenraum des hauseigenen Battery Materials and Cell Production Lab. Giftige Lösungsmittel oder PFAS brauche es nicht. Das Konzept sei demnach auch auf weitere chemische Zusammensetzungen für Zellen leicht übertragbar. Das Unternehmen Helmut Hechinger brachte dabei die Erfahrungen in der Fertigung mit ein. Der Maschinenbauer ACP Systems entwickelt die Anlagen zur Herstellung der neuen Elektroden. Bei der Entwicklung der neuen Zellarchitektur hat man auch eine spätere Serienproduktion im Hinterkopf behalten.

Deutschland sollte Stromspeicher nicht vernachlässigen

Denn eine potenzielle Elektrodenfertigungslinie für die neue Bauart weist eine deutlich geringe Prozesskomplexität im Vergleich zu einer Nassbeschichtungsanlage nach aktuellem Stand der Technik auf. Dadurch fallen die sonst üblichen Investitionskosten deutlich geringer aus, wie die Forscher anmerken. Auch die Betriebskosten würden aufgrund des reduzierten Flächen- und Energiebedarfs gesenkt. Damit eröffnet das innovative Batteriezellenkonzept insbesondere kleinen und mittelständischen Unternehmen die Möglichkeit, auch eine eigene Batteriezellfertigung in Deutschland aufzubauen, wie es weiter heißt. Deutschland täte außerdem gut daran, Fertigungskapazitäten für den wachsenden Batteriebedarf – und damit für die Wertschöpfung im Land aufzubauen. Das sei auch wichtig, weil man mit effizienten Stromspeichern die Fluktuationen in der Stromversorgung durch Wind- und Solarkraft ausgleichen kann. Als Beispiel führen die Forscher Kalifornien an, wo Batteriespeicher abends schon weitgehend den Strombedarf decken. Den neuen Elektroden- beziehungsweise den Zellaufbau entwickelte man im Rahmen der Projekte „VORAN – Innovative Natrium-Ionen-Batteriespeicher für stationäre und mobile Anwendungen“, „INFAB – Zink-Ionen-Batterien für die stationäre Energiespeicherung – Fertigung und Assemblierung“ und „WinZIB2 – Weltweit einsetzbares, innovatives Zink-Ionen-Batteriesystem“. Partner waren auch

die Universität Stuttgart und das Karlsruher Institut für Technologie sowie das Helmholtz-Institut Ulm.

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(Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie BMWE finanzierte die Forschung in den Projekten „VORAN“ und „INFAB“, das Bundesministerium für Bildung und Forschung BMBF förderte das Projekt „WinZIB2“).

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