Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC arbeiten im Verbundprojekt „Solid“ an einem neuen Batterie-Produktionsverfahren. Am Ende der Forschungen soll ein Konzept für langlebige, kostengünstige und leistungfähige Festkörperbatterien stehen.
Höhere Energiedichte bei höherer Spannung
Das soll durch Batteriezellen möglich gemacht werden, die auf sogenannten Sol-Gel-Schichten aufgebaut sind. Damit sich soll sich eine kostengünstige Produktion Lithium-basierter Festkörperbatterien realisieren lassen - "in großen Mengen, sicher und leistungsfähig", betonen die "Solid"-Verbundpartner aus Forschung und Industrie.
Derzeit werden überwiegend noch konventionelle Lithium-Ionen-Batterien bei Elektro-Fahrzeugen und -Fahrrädern eingesetzt. “Diese weisen zwar eine vergleichsweise hohe Energie- und Leistungsdichte auf. Da die Spannungsgrenzen jedoch weitestgehend ausgereizt sind, sind der erreichbaren Energiedichte jedoch Grenzen gesetzt“, erklären die Wissenschaftler. Zudem müsse die Ladegeschwindigkeit durch die Steuerelektronik eingeschränkt werden.
"Die Forschungen wecken Hoffnungen auf eine erfolgreiche Mobilitätswende"
- Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC & Partner
Festkörperzellen bieten hier die entscheidenden Vorteile erweiterter Spannungsfenster. Mit dem neuen Produktionsverfahren sollen die Festkörperbatterien eine höhere Energiedichte bei gleichzeitig höheren Spannungen erlauben. Bislang vorhandene Produktionsverfahren für Lithium-basierte Festkörperbatterien seien kostspielig und nicht massentauglich oder aber noch nicht stabil genug für hohe Energiedichten, geben die Projektpartner zu bedenken. Das soll sich mit dem Projekt „Solid“ ändern.
„Diese Forschungen wecken neue Hoffnung auf eine erfolgreiche Mobilitätswende, denn Lithium-basierte Festkörperbatterien auf Sol-Gel-Basis gelten als aussichtsreiches Zukunftskonzept“, so das ISC. Das Ziel seien sichere, leistungsfähige und kostengünstige Batterien mit hoher Lebensdauer und Ladegeschwindigkeit.
So forscht das Fraunhofer Institut an den Batterien der Zukunft
Komplexe Anforderung an Synthese und Herstellung
Und die Forscher gehen das Verbundprojekt ambitioniert an: Innerhalb eines Jahres soll bereits eine erste funktionsfähige Einfach-Zelle mit dem neuen Festkörperbatteriekonzept zur Verfügung stehen. Eine besondere Herausforderung auf dem Weg dorthin sind die benötigten Schichtdicken im Sol-Gel-Verfahren, die nicht nur komplexe Anforderungen an Synthese, Herstellung und Aushärtungsverfahren stellen, sondern auch im Widerspruch zu einer guten Ionenleitfähigkeit stehen. Eines der Teilziele ist es, durch eine clevere Beschichtungsmethode hohe Dicken bei gleichzeitig hoher Leistungsfähigkeit zu demonstrieren.
Andreas Wolf, Projektverantwortlicher am Fraunhofer ISC in Würzburg, betont: „Wir können mit unserer Forschung einen wesentlichen Beitrag zu kostengünstigen, produktionstauglichen und robusten neuen Festkörperbatterien mit hohen Energiedichten leisten – damit bringen wir die Elektromobilität entscheidend voran.“
Das Verbundprojekt SOLID (Innovative Festkörperbatterien auf Basis von Sol-Gel-Materialien mit Li-Metallanode und implementierter 3D-Strukturierung) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung gefördert. Insgesamt stehen 3,2 Millionen Euro für die dreijährige Laufzeit bis September 2020 zur Verfügung. Neben Industriepartnern wie Varta und Lunovu ist das Fraunhofer Forschungs- und Entwicklungszentrum Elektromobilität Bayern FZEB am Fraunhofer ISC in Würzburg als maßgeblicher Ideengeber und Ko-Koordinator beteiligt. (aho)
Quelle: isc.fraunhofer.de
