Günstiger und ausdauernder: Forscher entwickeln Grundlage für neue E-Auto-Batterie

• • Halten Batterien in Elektroautos bald noch deutlich länger durch?
  • Forscher haben eine Batterie mit Elektroden entwickelt, die eine erheblich gesteigerte Energiedichte versprechen.
    • • • Zugleich könnte die Produktion der neuartigen Zellen wesentlich vereinfacht und somit günstiger werden.

Forschende des Fraunhofer-Instituts für Solare Energiesysteme ISE haben eine neue Elektrodenarchitektur für Batteriezellen entwickelt, die je nach Zellchemie und Auslegung eine um 10 bis 15 Prozent höhere Energiedichte ermöglichen soll. Gleichzeitig soll das Verfahren die Herstellung vereinfachen und die Kosten für den Aufbau einer Batteriezellproduktion reduzieren.

Bei konventionellen Batteriezellen bestehen Anode und Kathode aus zahlreichen dünnen Schichten von Elektrodenbeschichtungen und dazwischenliegenden Stromableitern. Das Fraunhofer-Team hat die Dicke der Elektrodenbeschichtung nun deutlich erhöht.

Während bislang Schichtdicken von etwa 100 bis 200 Mikrometern üblich sind, erreichen die neu entwickelten Elektroden bis zu 800 Mikrometer. Dadurch werden weniger Stromableiter benötigt und innerhalb der Batteriezelle steht mehr Platz für das eigentlich energiespeichernde aktive Material zur Verfügung.

„Im Resultat haben wir sehr viel mehr Platz für aktives Material und dadurch steigt die Energiedichte je nach Batterietyp und -auslegung um 10 bis 15 Prozent“, erklärt Dr. Oliver Fitz, Gruppenleiter für Batteriezelltechnologie am Fraunhofer ISE.

Für verschiedene Batterietypen geeignet

Die Forschenden haben die neue Architektur bereits mit Zink-Ionen-, Natrium-Ionen- und Lithium-Ionen-Batterien in kleinen Laborzellen getestet. Für Lithium-Ionen-Batterien entstanden zusätzlich Prototypen im Pouch-Zellen-Format.

Diese wurden auf einer semi-automatisierten Fertigungslinie im Trockenraum des Battery Materials and Cell Production Lab des Fraunhofer ISE hergestellt. Nach Angaben der Forschenden lässt sich das Konzept vergleichsweise einfach auf weitere Zellchemien übertragen.

Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf der Herstellung der Elektroden. Diese kommen ohne PFAS sowie ohne giftige Lösungsmittel aus. Gleichzeitig wurde das Verfahren bereits mit Blick auf eine mögliche spätere Serienproduktion entwickelt.

Günstigere Batteriefabriken möglich

Eine potenzielle Produktionslinie für die neuen Elektroden soll weniger komplex ausfallen als derzeit übliche Anlagen für die Nassbeschichtung. Dadurch könnten sowohl die notwendigen Investitionen als auch die laufenden Kosten sinken. Letztere sollen insbesondere vom geringeren Flächen- und Energiebedarf profitieren.

Das Fraunhofer ISE sieht darin eine Möglichkeit, die Einstiegshürden für eine Batteriezellproduktion in Deutschland zu reduzieren. Insbesondere kleine und mittelständische Unternehmen könnten dadurch eher in der Lage sein, eigene Fertigungskapazitäten aufzubauen.