Startschuss für europäisches Batterieforschungsprojekt

Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation sind leistungsfähiger und weniger gefährlich

(ur) Am 10. Februar 2020 fiel der offizielle Startschuss für das europäische Batterieforschungsprojekt "SeNSE", berichtet die schweizerische Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (Empa). Fünf Forschungsinstitute und sechs Unternehmen aus sieben europäischen Ländern suchen in den kommenden vier Jahren gemeinsam nach Lösungen für die Lithium-Ionen-Batterie der nächsten Generation.
Das Projekt wird von Empa-Forscher Dr. Corsin Battaglia und seinem Team koordiniert. Als Partner an Bord ist auch die schwedische Firma Northvolt, die in den nächsten Jahren zwei Grossproduktionsanlagen ("Gigafactories") für Fahrzeugbatterien in Europa errichten will. Die EU fördert SeNSE mit 10 Millionen Euro.

Der Bedarf an Antriebsbatterien für Elektroautos wird in den nächsten Jahren dramatisch steigen. Gegenwärtig kommen mehr als 90 Prozent dieser Akkus aus Asien. Die EU-Kommission hat daher 2017 die "European Battery Alliance" ins Leben gerufen, um Kompetenz und Fertigungskapazitäten dieser Schlüsseltechnologie in Europa aufzubauen. Alleine die europäische Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien wird bis zu 20 sogenannte "Gigafactories" – Großproduktionsanlagen für Batterien – notwendig machen, so schätzen Experten.

Lithium-Ionen-Batterien der "Generation 3b"
Die Forschung im Rahmen des Projekts SeNSE ist Teil dieser Initiative und wird vom EU-Forschungsförderprogramm Horizon 2020 getragen. Die elf Forschungspartner von SeNSE – fünf Forschungsinstitute und sechs Industrieunternehmen – forschen in ihren Arbeiten an Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation – der sogenannten "Generation 3b". Diese Generation soll eine höhere Energiedichte sowie eine verbesserte Zellchemie und ein verbessertes Batteriemanagement besitzen: Statt Anoden aus reinem Graphit werden solche aus Silizium-Graphit-Composites angestrebt. In der Kathode wird der Anteil an kritischem Kobalt weiter gesenkt. Neue Additive in der Elektrolytflüssigkeit sowie Schutzschichten sollen die Batterie langsamer altern lassen und mehr Ladezyklen möglich machen. Zu einer längeren Lebensdauer und besseren Schnelladefähigkeit werden auch neue Sensoren beitragen, die vom Inneren der Batteriezellen her Daten ans Batteriemanagement liefern. Diese Daten sollen ein deutlich verfeinertes Temperaturmanagement im Vergleich zu heutigen Lithium-Ionen-Zellen erlauben.

Serienproduktion und Recycling
Die Nachhaltigkeit der Generation 3b-Zellen soll die heutige Generation ebenfalls übertreffen: Die Kathode soll ohne den Einsatz von brennbaren und toxischen Lösungsmitteln hergestellt werden, was die Serienproduktion der Zellen stark vereinfacht und verbilligt. Alle Aspekte der SeNSE-Forschung sind darauf ausgerichtet, die Zellen der nächsten Generation in europäischen Gigafactories herzustellen. Um im Wettbewerb der Zukunft zu bestehen, sind deshalb besonders kostengünstige und Rohstoff sparende Produktionsmethoden entscheidend. Auch die Weiterverwendung gealterter Fahrzeugbatterien als stationäre Speicher und schließlich das Recycling der Batterien wird im Projekt SeNSE berücksichtigt. Forschungspartner der Empa, die das Projekt leitet, sind die Westfälische Wilhelms-Universität Münster (D), das Forschungszentrum Jülich (D), die Coventry University (UK), das Austrian Institute of Technology (A) sowie die Firmen Solvionic (F), FPT Motorenforschung (CH), Lithops (I), Northvolt (S), Enwires (F) und Huntsman Advanced Materials (CH).

Auf dem Weg zur Gigafactory
Eine entscheidende Rolle in dem Forschungsprojekt spielt die schwedische Firma Northvolt. Das Unternehmen wurde 2016 von zwei ehemaligen Tesla-Mitarbeitern mitgegründet, die am Bau der Tesla Gigafactory in Nevada (USA) beteiligt waren. Northvolt plant derzeit die erste europäische Gigafactory mit einer Fertigungskapazität von 32 GWh pro Jahr, die in Schweden errichtet werden soll. Eine weitere Gigafactory mit 16 GWh Jahresproduktion soll als Joint-Venture mit Volkswagen im deutschen Salzgitter entstehen. Zum Vergleich: Die Tesla Gigafactory in Nevada produziert nach Angaben des Managements derzeit rund 30 GWh pro Jahr.
Experten von Northvolt werden die SeNSE-Forschenden mit regelmäßigen Briefings begleiten. Am Ende des Projekts soll eine Reihe von Batteriezell-Prototypen entstanden sein. Die Fähigkeiten der Batteriezellen-Generation 3b wird ein Demonstrator mit 1 kWh Speicherkapazität beweisen. Am Schluss soll die entwickelte Fertigungstechnologie in Form von Patenten den Weg in die Industrie finden. Das Forschungsprojekt SeNSE endet nach 48 Monaten im Frühjahr 2024.

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