„Innobatt“ entwickelt neue, leistungsstarke und ressourcenschonende Batteriespeicher

Das Verbundvorhaben „Innobatt“ verfolgt einen neuen, ganzheitlichen Ansatz für anwendungsspezifische Batteriespeicher, der die Wertschöpfungskette vom Grundmaterial bis zum späteren Recycling berücksichtigt. Ziel des Konsortiums aus Wissenschaft und Industrie ist laut einer Mitteilung die Entwicklung eines nachhaltigen und intelligenten elektrischen Speichersystems, das auf ressourcenschonende Herstellung, herausragende Betriebssicherheit und einfache Wiederverwertbarkeit ausgelegt ist.

Ausgangspunkt ist die kostengünstige Zellchemie der Aluminium-Ionen-Batterie (AIB), die mit nicht entflammbaren Materialien arbeitet und auf kritische Rohstoffe verzichtet. Das Projekt Innobatt wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms „Batterie2020Transfer“ gefördert.

Elektromobilität und Energiewende sorgen für einen wachsenden Bedarf an flexiblen und leistungsfähigen Energiespeichern. Standen zunächst eher technische Fragestellungen und wirtschaftliche Überlegungen im Raum, so nimmt die Massenproduktion elektrischer Batteriesysteme heute industriepolitische Dimensionen an. Mit der zunehmenden Verbreitung und Nutzung der etablierten Batterietechnologien zeichnen sich immer deutlicher die makroökonomischen, ökologischen und gesellschaftlichen Auswirkungen eines tiefgreifenden technologischen Wandels ab.

Nachhaltige Wertschöpfung

Die Industrie und nicht zuletzt die Forschung sähen sich hier mit anspruchsvollen Aufgaben konfrontiert, die neue und vor allem ganzheitliche Lösungsansätze erfordern, so das Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB. Ganzheitlich meine, den kompletten Produktzyklus zu betrachten und nicht nur den Zeitraum der eigentlichen Produktnutzung oder die Rahmenbedingungen beim Einsatz im Alltag. Forschung und Entwicklung auf dem Gebiet der Batterietechnologie müssten die vollständige Wertschöpfungskette für Batteriesysteme abdecken, von den Ausgangsmaterialien bis zum späteren Recycling. Die dabei zu berücksichtigenden Aspekte seien vielschichtig und möglichst frühzeitig zu adressieren.

Je nach beabsichtigtem Einsatzzweck eines Batteriespeichers stellen sich laut den Forschern zunächst grundlegende Fragen zur eingesetzten Zellchemie, zum Zellkonzept bis hin zum Modul- und Systemaufbau inklusive Systemüberwachung und Sicherheit. Die anwendungsspezifische Systementwicklung schließe aber nicht nur die elektrischen Leistungsdaten, den Konstruktionsaufwand und die Praxistauglichkeit ein. Ebenso seien der Materialeinsatz, die spätere Zerlegbarkeit der Systeme und der Einzelkomponenten sowie die Möglichkeiten für die Wiedergewinnung oder Weiterverwendung der eingesetzten Rohstoffe zu betrachten.

Batterien neu denken

Unter der Prämisse „Eine Batterie neu denken“ verfolgt Innobatt einen Ansatz für anwendungsspezifische Batteriespeicher, der möglichst viele Stufen der Technologieentwicklung einbezieht. Das Verbundvorhaben wurde Ende 2022 gestartet und vereint ein Konsortium aus Wissenschaft und Industrie. Ziel der Projektpartner ist die gemeinsame Entwicklung eines intelligenten elektrischen Speichersystems inklusive der Neugestaltung der dafür benötigten Konstruktionselemente.

Ausgangspunkt ist die Zellchemie der Aluminium-Ionen-Batterie (AIB), die mit kostengünstigen, nicht entflammbaren Materialien arbeitet und auf kritische Rohstoffe wie Lithium, Nickel, Kobalt oder Blei verzichtet. Im Labormaßstab ließen sich einsatzfähige AIB-Pouchzellen mit hoher Zyklenstabilität, sehr guter Schnellladefähigkeit sowie Energiedichten in Größenordnung der etablierten Blei-Säure-Akkumulatoren herstellen, so die Forscher.

Für das smarte AIB-Batteriesystem entwickelt das Konsortium derzeit ein „revolutionäres“ Moduldesign mit einem neuartigen Batteriemanagementsystem (BMS). „Quantenbasierte hochsensitive Sensoren sorgen für eine wesentlich genauere Überwachung der Betriebsparameter der einzelnen Batteriezellen, als bislang üblich. Ein sicheres, funkgestütztes Kommunikationskonzept übernimmt die hochauflösende Datenübertragung zwischen den Batteriemodulen. Die drahtlose Kommunikation erlaubt erhebliche Materialeinsparungen bei der Verkabelung und eröffnet zusätzliche Konstruktionsvorteile im Batteriesystem“, heißt es.

Der durchdachte Zell- und Modulaufbau und die vereinfachte Systemarchitektur ermöglichten ein materialeffizientes Speichersystem, das von Beginn der Entwicklung an auf ressourcenschonenden Materialeinsatz und Wiederverwertbarkeit ausgelegt ist, erläutert das Fraunhofer IISB. Abschließend werde in einem Demonstrator die Leistungsfähigkeit des neuentwickelten Batteriesystems gezeigt und getestet.