In künftigen Elektroauto-Generationen braucht die deutsche Fahrzeugindustrie stärkere Akkus mit mehr Energiedichte. Hier zu sehen: eine Designskizze des Elektro-Audis Aicon. Foto: Audi
Fraunhofer und Helmholtz arbeiten an neuartigen Elektroden für die „Rossendorfer Batterie“
Dresden, 1. April 2021. Ein Dresdner Forschungskonsortium entwickelt derzeit neue Anoden auf Nano-Siliziumbasis, die für mehr Energiedichte und damit Reichweite in Elektroauto-Akkus sorgen sollen. Das geht aus einer Mitteilung des „Fraunhofer-Instituts für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung“ (Ifam) in Dresden hervor. Koordinator für das Projekt „Nanoporoeses Silizium durch Rascherstarrung – Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien“ (Rosilib) ist die Custom Cells Itzehoe GmbH.
Nanoporöse Silizium-Teilchen mit nur wenigen Mikrometer Durchmesser sollen dafür sorgen, dass künftige Lithium-Akkus mehr Energie speichern können. Mikroskopfoto: Fraunhofer-Ifam Dresden
Nanoporöse Siliziumteilchen sollen Graphit ersetzen
Damit die Batterien mehr Energie als heutige Akkus speichern können, setzen die Forscherinnen und Forscher unter anderem auf Elektroden aus Silizium statt des bisher üblichen Kohlenstoffs. „Allerdings pulverisiert Silizium nach wenigen Ladezyklen“, heißt es in der Projektbeschreibung. Solche Batterien hätten daher „keine akzeptable Lebensdauer“. Allerdings arbeite das Konsortium an einer kostengünstigen Lösung, um solche Anoden mit nanoporösen Siliziummikroteilchen zu beschichten. Was bisher erst im Labormaßstab funktioniert, wollen die Partner näher an die Serienreife bringen und beispielsweise die Tagesproduktion zunächst auf ein halbes Kilogramm nanoporöses Silizium steigern. Mit spezieller Analysetechnik wird das Ionenstrahlinstitut im „Helmholtz-Zentrum Dresden Rossendorf“ (HZDR) die Nanoschichten untersuchen und gemeinsam mit dem Team um den Ifam-Ingenieur Dr. Olaf Andersen verbessern. Die Gruppe setzt dabei unter anderem ihre besondere Expertise in einer speziellen Technologie ein, bei der Mikrotröpfchen sehr schnell erstarren („Rascherstarrung“).
Komplette Wertschöpfungskette hin zu „großformatigen Hochenergiebatteriezellen“
Mit an Bord ist auch der Dresdner Beschichtungsmaschinenbauer „Von Ardenne“, der in jüngster Vergangenheit ein neues Geschäftsfeld rings um die Batterieelektroden-Dünnbeschichtung aufgebaut hat. Außerdem gehören zum Konsortium die Unternehmen „E-Lyte Innovations“ aus Münster, „Nanoval“ aus Berlin und „Custom Cells“ aus Itzehoe. Das Bundeswirtschaftsministerium fördert das Vorhaben. Gemeinsam wollen die Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft eine komplette Wertschöpfungskette für ihre innovativen Akku-Anoden aufbauen. Letztlich möchten sie die Produktion „großformatiger Hochenergiebatteriezellen“ ermöglichen.
Doppelt so viel Reichweite für E-Autos denkbar
Auf wieviel mehr Energiedichte die neue Batterie in der Praxis kommt, bleibt abzuwarten. Fraunhofer-Forscher Olaf Andersen schätzt jedoch, es sei „mindestens eine Verdoppelung gegenüber dem Stand der Technik erreichbar. Genaueres werden wir erst sagen können, wenn die ersten Testzellen gefertigt wurden“. Sprich: Kommen moderne Elektroautos je nach Ausführung auf 350 bis 700 Kilometer Reichweite, wären mit der neuen Batteriegeneration 700 bis 1400 Kilometer denkbar – was dem Radius eines Dieselfahrzeugs entsprechen würde.
Sowohl die deutsche Autoindustrie wie auch Bundeswirtschaftsminister Peter Altmaier (CDU) dringen inzwischen immer vehementer darauf, in Deutschland eine eigene große Akku- und Akkuzellen-Industrie aufzubauen, um die Elektroauto-Produktion in der Bundesrepublik weniger abhängig von Zulieferungen aus Südkorea, China und anderen Ländern in Asien zu machen.
Serienproduktion ab 2024 möglich
Mit einer Serienfertigung der neun Anode aus Dresden ist frühestens in drei Jahren zu rechnen. „Kleinere Serien wird Customcells fertigen“, kündigte Andersen an. Wenn die Technologie ausgereift sei, werde sie „voraussichtlich an einen geeigneten Batterieproduzenten für die Großserie auslizensiert“.
Autor: Heiko Weckbrodt
Quellen: Ifam, HZDR, Von Ardenne, Idw
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