Für den Markterfolg von Elektroautos ist deren Reichweite eine der größten Herausforderungen. Im europäischen Projekt ECO COM’BAT entwickeln deshalb unter der Koordination der Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie (IWKS) des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung (ISC) zehn Partner aus Industrie und Forschung die nächste Generation der Lithium-Ionen-Batterien – die Hochvoltbatterie. Sie soll nicht nur leistungsfähiger, sondern auch in Bezug auf die verwendeten Materialien nachhaltiger sein als herkömmliche Batterien des gleichen Typs. Zentrale Aufgabe ist dabei der Ersatz von bisher üblichen oftmals teuren, seltenen oder gar kritischen Materialien.
Wegen ihrer hohen Energiedichte und Zuverlässigkeit sind Lithium-Ionen-Batterien aktuell die bevorzugte Energiequelle für elektromobile Fahrzeuge und Verbraucherelektronik. Doch mit der wachsenden Anzahl an Elektroautos und den technologisch immer komplexeren mobilen Endgeräten sind auch die Ansprüche gestiegen. Größere Sicherheit, längere Lebensdauer, höhere Energiedichte und Leistung sowie größere Reichweite sind gefordert.
Ziel des Projekts ECO COM’BAT („Ecological Composites for High-Efficient Li-Ion Batteries“) ist die Herstellung einer innovativen Hochvoltbatterie, die u. a. die Reichweite von Elektroautos erhöht, ein schnelles Laden von Geräten erlaubt und dabei stabiler, leichter und langlebiger sein soll. Darüber hinaus sollen kritische oder wertvolle Rohstoffe, die üblicherweise in herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien verwendet werden, ersetzt werden.
Innovative Materialen sollen Batterien nachhaltiger machen
Um all dies zu erreichen, verwenden die Projektpartner innovative Materialien: kobaltarmes Lithium-Nickel- Mangan-Kobalt-Oxid – sogenanntes NMC – dient als aktives Material der Elektrode und liefert die erforderliche hohe Energiedichte bei rund 20 Prozent weniger Kobalt als üblich. Als Leitadditiv dient eine Kombination aus Carbon-Nanotubes und porösem Kohlenstoff. Sie verbessert die elektrische Leitfähigkeit der Elektroden und ermöglicht hohe Energiedichten.
Als Elektrolyt wird ein spezieller Hochvoltelektrolyt basierend auf dem Leitsalz Lithium-Bis(fluorosulfonyl)imide (LiFSI) eingesetzt, der auch bei hohen Spannungen stabil betrieben werden kann. Eine ionenleitfähige Beschichtung aus besonderen Hybridpolymeren schützt die Elektrolytmaterialien und soll für hohe Sicherheit, Zuverlässigkeit und lange Lebensdauer der Batterie sorgen.
Eine erste Aufgabe des Projekts ECO COM’BAT ist die Hochskalierung der Produktionsprozesse, um die innovativen Batteriematerialien im großen Maßstab herstellen zu können. Im nächsten Schritt wird dann die eigentliche Zellproduktion für den industrienahen Pilotmaßstab bis hin zum Produktionsmaßstab hochskaliert. Dabei werden automobile Standardanforderungen ebenso wie energie- und kostengünstige Produktionsmethoden berücksichtigt.
Effizientes, schonendes Recyclingverfahren
Mit der weiteren Verbreitung von Elektroautos werden zukünftig auch sehr viel mehr Altbatterien anfallen. Um problematischen Müll zu vermeiden und v. a. die wertvollen Batteriematerialien wie Graphit, Kobalt und Lithium zurückzugewinnen, müssen neue Wege für ein effizientes Recycling gefunden werden. Um eine bestmögliche Wiederverwertung von Rohstoffen und Batteriematerialien zu erreichen, wird bereits bei der Herstellung der Prototypen auf ein recyclinggerechtes Design geachtet. Außerdem sollen innovative Recyclingverfahren erprobt werden.
Steff meint
Es zeigt sich wieder mal, dass Tesla wohl das meiste richtig gemacht hat. Sie verwenden NCA als Kathodenmaterial und nicht NMC.
-NCA (LiNiCoAlO2) hat nur etwa 9% Kobaltanteil
-NMC (LiNiMnCoO2) etwa 15% Kobaltanteil
Ersparnis 40%! Auch hat NCA die höhere Energiedichte. Kobalt ist zudem sehr teuer.
„Im nächsten Schritt wird dann die eigentliche Zellproduktion für den industrienahen Pilotmaßstab bis hin zum Produktionsmaßstab hochskaliert. Dabei werden automobile Standardanforderungen ebenso wie energie- und kostengünstige Produktionsmethoden berücksichtigt.“
In Deutschland forscht man noch, in Nevada wird`s gerade gebaut…
Peter W meint
Ja, das ist ja alles toll, aber ständige Meldungen über Forschungsprojekte und angebliche Verbesserungen erwecken den Eindruck, dass es keine guten Akkus gibt.
Für meinen Geschmack ist das Öl ins Feuer der Verbrennerfans. Die behaupten dass es kein vernünftiges Elektroauto gibt, und man warten muss bis das alles richtig erforscht und entwickelt ist. So fahren wir also weiterhin mit rohstofffressenden Verbrennern, obwohl die noch genau so entwicklungsbedürftig sind wie der Akku des E-Autos. Ich hab noch keinen alltagstauglichen Verbrenner gesehen der mit 3 Litern Spritt auskommt. Dieses Ziel war aber mal gesetzt, wurde aber nur mit einem Mini-Auto bei Schleichfahrt erreicht.