Neues Elektrodendesign von Fraunhofer erhöht Energiedichte von Batterien um bis zu 15 %

de.wedoany.com-Bericht: Ein vom deutschen Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (Fraunhofer ISE) angeführtes Konsortium hat dickere Batterieelektroden entwickelt, die die Energiedichte auf Zellebene um 10 % bis 15 % erhöhen, ohne das Gewicht der Zelle zu vergrößern.

Das Forschungsteam hat diesen Ansatz bereits in Lithium-Ionen-, Natrium-Ionen- und Zink-Ionen-Zellen validiert und einen Prototyp einer Lithium-Ionen-Pouchzelle gefertigt.

Nach Angaben des Fraunhofer ISE wurde die neue Zellarchitektur bereits in der Entwicklungsphase im Hinblick auf eine künftige Großserienfertigung konzipiert. Im Vergleich zu den derzeit modernsten Nassbeschichtungssystemen ist die Prozesskomplexität der Elektrodenfertigungslinie deutlich geringer, wodurch die Kapitalkosten sinken; da weniger Platz und Energie benötigt werden, sind auch die Betriebskosten niedriger. Das Institut ist der Ansicht, dass diese Technologie die Möglichkeit eröffnet, in Deutschland eine heimische Batteriezellfertigung aufzubauen, insbesondere für kleine und mittlere Unternehmen.

Oliver Fitz, Leiter des Teams für Batteriezelltechnologie am Institut, erklärt, dass die Forschenden die Dicke der Elektrodenbeschichtung von üblichen 100 Mikrometern bis 200 Mikrometern auf bis zu 800 Mikrometer erhöht haben. Durch die dickeren Elektroden wird die Anzahl der im Zellinneren benötigten Stromableiter reduziert, wodurch mehr Raum und Gewicht für aktive Speichermaterialien frei wird.

Die so hergestellten Batteriezellen enthalten keine per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen (PFAS) und werden auch ohne giftige Lösungsmittel gefertigt. PFAS sind eine große Gruppe synthetischer Chemikalien, die in der Umwelt äußerst persistent sind und oft als „Ewigkeitschemikalien" bezeichnet werden.

Das Elektroden- und Zelldesign wurde in drei Projekten umgesetzt, darunter „VORAN – Innovative Natrium-Ionen-Batteriespeicher für stationäre und mobile Anwendungen" (VORAN – Innovative Sodium-Ion Battery Storage for Stationary and Mobile Applications), „INFAB – Zink-Ionen-Batterien für stationäre Energiespeicher – Fertigung und Montage" (INFAB – Zinc-Ion Batteries for Stationary Energy Storage – Manufacturing and Assembly) sowie „WinZIB2 – Weltweit einsetzbares, innovatives Zink-Ionen-Batteriesystem" (WinZIB2 – Globally Deployable, Innovative Zinc-Ion Battery System).

Zu den Projektpartnern gehören Acp systems, Helmut Hechinger, das Institut für Photovoltaik (ipv) der Universität Stuttgart sowie das Karlsruher Institut für Technologie/Helmholtz-Institut Ulm.

Andreas Bett, Institutsleiter des Fraunhofer ISE, betont, dass stationäre Batteriespeicher in einem klimaneutralen Energiesystem mit fluktuierenden Energiequellen wie Solar- und Windenergie ein unverzichtbarer Bestandteil sind, um die Morgen- und Abendspitzen abzudecken. Deutschland sollte am besten Fertigungskapazitäten aufbauen, um die wachsende Batterienachfrage zu decken und Wertschöpfung im Inland zu schaffen.