Innovationen im Lithiumbatteriedesign unterstützen Wachstum der Elektrofahrzeugindustrie
Wenn die EU ihr Klimaziel erreichen will, ausgehend vom Niveau des Jahres 2021 die Treibhausgasemissionen in weniger als zehn Jahren um 30 % zu senken, müssen schon bald sehr viel mehr Elektroautos auf den Straßen unterwegs sein. Lithium-Ionen-Batterien bilden das Herzstück der Elektrofahrzeugtechnologie, bei der gegenwärtig asiatische Hersteller den Markt dominieren. Das EU-finanzierte Projekt SAFELiMOVE hat nun eine Lithium-Ionen-Batterie entwickelt, mit der die Leistung von Elektrofahrzeugen verbessert und der Weg zur verstärkten europäischen Produktion dieser Batterien geebnet werden soll. Projektkoordinatorin Maria Martínez dazu: „SAFELiMOVE brachte Innovationen in fünf Haupttechnologiebereichen hervor. Dazu zählen die Entwicklung von nickelhaltigen Schichtoxid-Kathodenmaterialien, Lithium-Metall-Anodenmaterialien mit hoher spezifischer Kapazität, innovativen Hybrid-Keramik-Polymer-Elektrolyten, der Einsatz von Optimierungsverfahren und die Erforschung verschiedener Grenzflächen im Zusammenhang mit einem effektiven Lithiumtransport und die Generierung von Know-how zur Konzipierung einer großtechnischen Produktion von Festkörperbatterien.“
Batterien, vorher und nachher
Wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien dominieren den Markt für Elektrofahrzeuge. Diese Batterien bestehen aus einem Graphitmaterial für die Anode, einem Lithium-Übergangsmetalloxid für die Kathode und einer Flüssigkeit auf Kohlenstoffbasis für den Elektrolyten. Diese Batterien verfügen über eine hohe Energiedichte, sind aber auch mit Problemen verbunden. Zum einen wird die Beschaffung kritischer Rohstoffe mit dem Wachstum des Elektrofahrzeugmarktes immer schwieriger werden. Zum anderen sind auch die mit dem flüssigen Elektrolyten verbundenen Unzulänglichkeiten problematisch. Das Material ist entflammbar, und zu viel Hitzeeinwirkung stellt eine Gefahr dar. Die Hauptziele von SAFELiMOVE zielten daher auf die Nachteile der Lithium-Ionen-Batterien ab. Das Projektteam hat eine Batterie konzipiert, die frei von Graphit ist, eine geringere Kobaltmenge in den Elektroden aufweist und einen Hybrid-Festkörperelektrolyten mit Keramik-Polymer enthält, der im Vergleich zu flüssigen organischen Elektrolyten einen sichereren Betrieb der Batterie gewährleisten kann.
Eine Fülle von Verbesserungen
Das projektintern erarbeitete innovative Batteriedesign steht für mehrere positive Auswirkungen. Neben der erhöhten Sicherheit, die mit dem Einsatz eines Festkörperelektrolyten einhergeht, zielen die mit dieser Lithium-Metall-Technologie mit hoher Energiedichte verbundenen Veränderungen darauf ab, die mit einer einzigen Ladung realisierbare Fahrzeugreichweite um 300 km zu vergrößern. Der weitere Fahrplan für die SAFELiMOVE-Technologie bis 2030 sieht vor, die zum Aufladen der Batterie benötigte Zeit zu verkürzen sowie die Batteriegesamtkosten zu senken. Das Team konnte zahlreiche technologische Durchbrüche im Bereich der Batteriekonstruktion erzielen. Martínez zufolge „konnte mit diesen Maßnahmen die erste Generation von 1-Ah-Festkörperprototypen mit einer durchschnittlichen gravimetrischen und volumetrischen Energiedichte von 250 Wh/kg bzw. 500 Wh/l realisiert werden.“ Noch vor Projektende soll ein Prototyp mit einer Kapazität von 10 Ah hergestellt und in ein 24-Volt-Batteriemodul integriert werden. SAFELiMOVE bietet nicht nur den ein Elektrofahrzeug besitzenden Personen Verbesserungen in Form von höherer Leistung und Sicherheit, sondern hat auch die Forschung und Entwicklung im Bereich der Materialien und des Batteriedesigns unterstützt, um den EU-Industriesektor voranzubringen. Dem Projektkonsortium gehörten Forschende und Unternehmen aus den Bereichen Materialproduktion, Batteriefertigung und Automobilherstellung an. Große Ambitionen in Bezug auf die Nachhaltigkeitsziele haben in ganz Europa technologische Innovationen auf den Weg gebracht. SAFELiMOVE ist ein hervorragendes Beispiel dafür, wie Entwicklungen in diese Richtung gleichzeitig der Kundschaft, den herstellenden Firmen und der Umwelt zugute kommen können.
Schlüsselbegriffe
SAFELiMOVE, Festkörper-Lithium-Metall-Batterien, Batteriedesign, Lithium-Ionen-Batterien, Elektrofahrzeug, Keramik-Polymer-Elektrolyt
