Neues Anodenmaterial für effizientere Energiespeicher

19.10.2020Redakteur: MA Alexander Stark

Spätestens im Jahr 2023 soll es marktreif sein: Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, das zu leistungsfähigeren Energiespeichern führt. Das Material ist in den Laboren des Center for Nanointegration (Cenide) der Universität Duisburg-Essen (UDE) bereits erprobt worden.

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CENIDE - Center for Nanointegration Duisburg-Essen Universität Duisburg-Essen NETZ – NanoEnergieTechnikZentrum

Aufnahme aus einem Transmissions-Elektronenmikroskop: Amorphe Silizium/Kohlenstoff-Partikel sollen Energiespeicher leistungsfähiger machen.
(Bild: Dr. Hans Orthner)

Seit dem 1. September fördert das Bundeswirtschaftsministerium die Universität Duisburg-Essen mit fast 1,7 Millionen Euro, um den Herstellungsprozess von Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien zu fördern. In einem gemeinsamen Projekt mit Evonik soll der Prozess weiterentwickelt und auf den Industriemaßstab übertragen werden.

Bisher wird Graphit als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, doch dessen Kapazität und Fähigkeit zum schnellen Laden sind weitestgehend ausgereizt. Eine vielversprechende Alternative haben UDE und Evonik in den Syntheseanlagen des Nano-Energie-Technik-Zentrums (Netz) am Campus Duisburg hergestellt: Das Komposit aus Kohlenstoff und Silizium hat eine viel höhere Kapazität bei gleichem Volumen, zudem ist es langzeitstabil und schnell zu laden. „Kein Projektpartner kennt etwas Vergleichbares“, so Prof. Dr. Hartmut Wiggers, Experte für die Gasphasensynthese von Nanomaterialien. Die von der Fachwelt geforderte Kapazität von 1,5 Ah/g erreicht es problemlos.

Laborergebnisse müssen skaliert werden

Nun müssen die im Labor bereits etablierten Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse auf die erheblich größeren Dimensionen der industriellen Fertigung übertragen werden. Neben der Arbeitsgruppe Wiggers arbeiten daran auch die Forscher um Prof. Doris Segets und Prof. Andreas Kempf:

Es geht um optimale Prozesstechnik, Partikelcharakterisierung und den Bau von Anlagen in der richtigen Größe und Form auf Basis von Modellsimulationen. Ebenfalls genau unter die Lupe genommen wird der nächste Schritt, in dem die hergestellten Partikel zu Pasten verarbeitet und als Anodenmaterial auf Kupferfolie gedruckt werden.

Evonik nutzt die Strömungsmodelle sowie die Experimente der UDE-Experten für die eigene Pilotanlage im Industriemaßstab. „Unser erstes Ziel ist, die richtige Zusammensetzung und Form der Partikel auch im industriellen Maßstab zu gewährleisten. So können wir unseren Kunden dann maßgeschneiderte Lösungen anbieten“, erklärt Dr. Julia Lyubina, die zuständige Projektmanagerin bei Evonik.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Verbundprojekt „Hosalib – Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien“ für drei Jahre mit insgesamt 2,3 Millionen Euro.

Dieser Beitrag erschien zuerst auf unserem Partnerportal Process.de.

Mittels IWS-Schmelzabscheidung hergestellte Lithiumschicht auf Kupferfolie: Das Verfahren erlaubt bereits jetzt die Herstellung von Prototypzellen mit 5 bis 30 μm dünnen Lithiumanodenschichten. (Fraunhofer IWS Dresden)

„Sie können mit unserer Methode so ziemlich jedes Element im Periodensystem verwenden, weil wir gezeigt haben, dass Kathoden nicht geschichtet werden müssen“, so Gerbrand Ceder, Professor am Department of Materials Science and Engineering in Berkeley. (Pixabay)

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