Natrium ersetzt Lithium
Wissenschaft und Wirtschaft treiben Natrium-Ionen-Batterien bis zur Anwendung.
Kostengünstig, sicher und hergestellt aus breit verfügbaren Rohstoffen – die Vorteile von Natrium-Ionen-Batterien gegenüber den heute allgegenwärtigen Lithium-Batterien liegen auf der Hand. Doch trotz ähnlicher elektrischer Eigenschaften können Lithium und Natrium nicht einfach ausgetauscht werden. Chemische Unterschiede zwischen den Elementen führen aktuell noch zu technischen Herausforderungen, etwa einer geringen Lebensdauer von Natriumbatterien sowie der Skalierung für große Margen. Im Projekt SIB:DE Forschung (Sodium-Ion-Battery Deutschland-Forschung) bündeln das Karlsruher Institut für Technologie KIT und zwanzig Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft ihre Kompetenzen, um verbleibende Hindernisse zu adressieren und einen schnellen Transfer der Natriumtechnologie in die industrielle Massenproduktion zu ermöglichen.
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„Am KIT arbeiten wir dabei unter anderem an skalierbaren Herstellungsprozessen für besonders leistungsfähige Aktivmaterialien und demonstrieren die Herstellung im Kilogramm-Maßstab“, sagt Helmut Ehrenberg vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) des KIT. „Diese kostengünstig und skalierbar produzieren zu können, ist ein entscheidender Schritt für ein industrielles Roll-out der Natrium-Ionen-Technologie.“ Forschende am Helmholtz-Institut Ulm arbeiten zusätzlich an Elektroden, die sie für eine langlebige Batterieleistung optimieren. Analysiert und geprüft werden die Ergebnisse dann im gemeinsam von KIT und BASF betriebenen Forschungslabor Bella (Battery and Electrochemistry Laboratory).
Beim Einsatz alternativer Rohstoffe ist es wichtig, sowohl die Langzeitstabilität als auch die praktische Nutzung der theoretischen Energiedichten der Materialien und Zellen der Natrium-Ionen-Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Entwicklungen zu optimieren, um die erforderliche Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Chemische Unterschiede zwischen den beiden Elementen führen aktuell zu technischen Herausforderungen, die eine schnellere Alterung der Natrium-Batterien zur Folge haben und deren Leistung beeinträchtigen.
Das Projekt hat daher insbesondere zum Ziel, SIB-Aktivmaterialien zu identifizieren, die skalierbar hergestellt werden können und eine wettbewerbsfähige Zell-Performance bieten. Zudem ist die Entwicklung von SIB-Zelldemonstratoren und die Evaluierung der Drop-in-Fähigkeit der Technologie, die eine Integration in bestehende Produktionsprozesse der Lithium-Ionen-Technologie ermöglicht, von besonderer Bedeutung. Dadurch wird der Übergang zu neuen Technologien erleichtert und die Produktionskosten sowie die Entwicklungszeit können reduziert werden. Um die Ergebnisse zu evaluieren, wird eine Bewertungsmatrix erstellt, die technologische, wirtschaftliche und ökologische Faktoren für verschiedene Materialsysteme und Prozesse berücksichtigt.
Insgesamt besteht das Konsortium aus sieben Industriepartnern und 14 akademischen Partnern sowie einem erweiterten Kreis von derzeit 42 assoziierten Partnern und ist somit das größte innerhalb Deutschlands zu diesem Thema. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert die Forschung mit vierzehn Millionen Euro. Das KIT ist der größte Zuwendungsempfänger mit rund 3,8 Millionen Euro. Die BASF koordiniert das Projekt.
KIT / Fh. IFAM / JOL
