Mit Batterie-Innovationen europäische Elektrofahrzeug-Kapazitäten stärken
Während der Einsatz von Elektrofahrzeugen zur Verringerung der verkehrsbedingten Emissionen von zentraler Bedeutung ist, unterliegt die Marktdurchdringung aufgrund der Bedenken der Verbraucherinnen und Verbraucher hinsichtlich der Batterielebensdauer weiterhin Einschränkungen. Zu den drängenden Problemen, mit denen sich der Elektrofahrzeugsektor auseinandersetzen muss, zählen Langstreckenfahrten, die Verfügbarkeit von Ladestationen und die Ladezeiten. „Die Vergrößerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen erfordert bessere Batterien“, erklärt Jens Ewald von FEV Europe in Deutschland, Koordinator des Projekts SUBLIME. „Diese können jedoch das Gewicht der Fahrzeuge erhöhen und sie verteuern. Außerdem müssen die Batterien sicher sein.“
Wegweisende neue Elektrofahrzeugbatterietechnologie
Die Technologie der Festkörperbatterien, die eine viel höhere Energiedichte als typische Batterien auf der Basis von Lithium-Ionen- oder Polymertechnik mit Lithium bieten könnte, wurde als eine mögliche Lösung erkannt. Da diese Batterien keine brennbaren Flüssigkeiten enthalten, sind sie theoretisch außerdem sicherer als flüssigkeitsbasierte Batterien. „Die EU könnte hier eine Führungsrolle übernehmen, da die Technologie noch entwickelt werden muss“, betont Ewald. „Wir können nicht mit dem aktuellen Stand der Technik konkurrieren, weil andere Regionen ihre Prozesse optimiert haben, um preiswerte Batterien herzustellen. Wir müssen neue Technologien einführen, um wettbewerbsfähig zu sein.“ Um dieses Ziel zu erreichen, wurde im Rahmen des Projekts SUBLIME ein Gemeinschaftsunternehmen aus sechzehn Partnern aus acht verschiedenen europäischen Ländern gebildet, das sich aus der Industrie, dem akademischen Bereich und der Forschung zusammensetzt. Ein Ziel lautete, den Bedarf an seltenen Materialien wie Kobalt zu verringern. Als Schlüsselkomponente für den Festelektrolyten diente Schwefel, der im Überfluss vorhanden ist. „Wir begannen damit, kleine Knopfzellen zu bauen, ähnlich den Batterien in Ihrer Fernbedienung oder Ihrem Autoschlüssel“, erklärt Ewald. „Diese wurden erprobt und im Folgenden auf Batteriezellen hochskaliert, wie sie in einem Elektrofahrzeug zu finden sind – diese sehen eher wie Ziegelsteine aus.“
Sicherheit und Recycelbarkeit der Zellen gewährleisten
Das Team von SUBLIME hat die Realisierbarkeit der Herstellung dieser Festkörperbatterien im kommerziellen Maßstab demonstriert. Das Projektteam konnte zudem ein hohes Maß an Recycelbarkeit nachweisen, wobei rund 90 % des Materials am Ende der Produktlebensdauer wiederverwertbar sind. Ein weiteres wichtiges Ergebnis war die Sicherheit. Das Team führte eine Reihe von Tests durch, bei denen die Batterien auf sehr hohe Temperaturen erhitzt wurden. Diese Versuche ergaben, dass sie schwer entflammbar sind, was letztlich für die Akzeptanz dieser Technologie von entscheidender Bedeutung ist. „Die nächsten Schritte sind die weitere Optimierung der Komponentenmaterialien, die Herstellung von Festkörperbatterien im erweiterten Maßstab und zu guter Letzt die Erprobung in realen Anwendungen“, berichtet Ewald. Weitere Aspekte, die noch angegangen werden müssen, betreffen die Verbesserung der Lieferkettenstabilität und die weitere Optimierung der Technologie. Eine Herausforderung bei der Projektarbeit bestand darin, die Bildung von Dendriten zu vermeiden, die zum Kurzschluss in den Batterien führen können. „Wir haben Wege gefunden, um die Dendritenbildung abzuschwächen, aber es sind weitere Tests notwendig“, fügt Ewald hinzu.
Eine rentable europäische Festkörperbatterieherstellung
In praktischer Hinsicht birgt die Integration von sulfidbasierten Festkörperbatterien das Potenzial, die Reichweite von Elektrofahrzeugen auf kosteneffiziente und sichere Weise zu vergrößern. „Wir haben vorgeführt, dass diese Batterietechnologie inhärent sicher ist“, sagt Ewald. „Außerdem reduziert der Wegfall des Bedarfs an Kobalt das Problem der Knappheit kritischer Komponentenmaterialien, da Sulfid mehr als reichlich vorhanden ist.“ Das Ziel besteht nun darin, die Kommerzialisierung voranzutreiben und einen überlebensfähigen europäischen Festkörperbatteriesektor zu schaffen. „Die Arbeit von SUBLIME hat es den europäischen Forschungseinrichtungen und der Industrie ermöglicht, in diesem Bereich zusammenzuarbeiten“, fügt Ewald hinzu. „Ohne dieses Projekt wäre das nicht möglich gewesen.“ Das ist ein entscheidender Zeitpunkt, um in diese Technologie zu investieren. Andere Regionen arbeiten daran, ihre Kapazitäten auf diesem Gebiet zu erweitern und planen, eigene Produktionsstätten zu errichten. „Wir befinden uns in einer Position, in der wir wettbewerbsfähig sein können“, stellt Ewald fest.
Schlüsselbegriffe
SUBLIME, Batterie, Elektrofahrzeuge, Sulfid, Kobalt, Lithium, Recycelbarkeit