Das Projekt Si-Drive: Nachhaltige Batterieproduktion in Europa
Wissenschaftler des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) und ihre europäischen Kooperationspartner entwickeln ein Zellkonzept, das ausschließlich auf ökologisch und ökonomisch unkritischen Materialien basiert.
Im Förderprojekt Si-Drive bildet das Konsortium die gesamte Batterie-Wertschöpfungskette ab und strebt bis 2030 einen Plan für eine europäische Produktion an.
Derzeit werden rund 90 Prozent der Lithium-Ionen-Zellen in Asien produziert. In Europa gibt es verschiedene Bestrebungen, eine eigene Batterieproduktion aufzubauen. Ziel von Si-Drive ist es, eine Zelle zu entwickeln, die aus einer nanostrukturierten Silizium-Anode, einem neuartigen auf ionischen Flüssigkeiten basierenden Festelektrolyten und einer vollständig kobaltfreien, aber lithiumreichen Kathode besteht. Eine Zelle mit diesem Aufbau sowie ein umfassendes Recyclingprogramm könnten eine nachhaltige Batterieproduktion ermöglichen. „Das Besondere an dem Projekt ist, dass wir im Verbund von der Materialentwicklung über Prototypzellenfabrikation bis hin zum Recycling alle Schritte der Wertschöpfungskette einer Batterie abdecken“, erklärt Professor Stefano Passerini, Direktor des HIU, das zum Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gehört. Seine Forschungsgruppe entwickelt dabei das neuartige, kobaltfreie Kathodenmaterial mit unkritischen Elementen wie Eisen oder Aluminium. „Gleichzeitig wollen wir den Lithiumgehalt in der Schichtoxid-Kathode gegenüber den herkömmlichen Materialien signifikant erhöhen, um eine deutliche Steigerung der Energiedichte zu erzielen“, unterstreicht Passerini.
Fünf Projektpartner werden sich zudem mit dem Konzept einer Kreislaufwirtschaft beschäftigen, um weitere Anwendungen zu identifizieren. Denkbar sind Szenarien, in denen Altbatterien von Elektroautos zusammengelegt und als stationäre Speicher weiterverwendet werden. Auch das Anoden- und Elektrolytkonzept folgen diesem Nachhaltigkeitsgedanken, sodass am Ende eine Recyclingrate von über 50 Prozent erzielt werden soll: Die Nanostrukturen der Anode werden so ausgelegt, dass eine lange Zyklenstabilität durch eine ideale Geometrie mit hohen Massenbeladungen ermöglicht werden kann. Die Struktur der Anode wird durch Modellierung dahingehend optimiert, dass Volumenausdehnung und mechanische Deformation bestmöglich abgepuffert werden und gleichzeitig eine maximale Energiedichte aufrechterhalten werden kann. Der neuentwickelte Festelektrolyt basiert auf ionischen Flüssigkeiten, die für mehr Stabilität bei hohen Spannungen, höchste Sicherheit und niedrige Entflammbarkeit sorgen.
Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT
(EU-Recycling 04/2019, Seite 31)
