DLR forscht an kobaltfreien Li-Ion-Akkus

Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) forscht im EU-Verbundprojekt HYDRA gemeinsam mit elf europäischen Projektbeteiligten an kobaltfreien Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation. Ein industrietauglicher Prototyp soll für einen realen Betrieb in einem Schiffsbatteriesystem erprobt werden.

Auch wenn als Demonstrator eine Schiffsbatterie gewählt wurde, sollen die in dem vom norwegischen SINTEF-Institut koordinierten Projekt gewonnenen Erkenntnisse auch auf andere Batterie-elektrische Fahrzeuge – also auch Autos, Lkw und Busse – übertragen werden können. Insgesamt sind zwölf Forschungseinrichtungen an HYDRA beteiligt. Dabei soll die Nachhaltigkeit im Mittelpunkt stehen: Die Elektroden der neuartigen Zellen sollen frei von Kobalt sein und 85 Prozent weniger umweltschädliche Rohstoffe enthalten. So setzen die Zellen stattdessen auf „unproblematische“ Materialien wie Eisen, Mangan und Silizium, so das DLR. Zumindest der Tiefsee-Abbau von Mangan ist aber umstritten.

Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik analysiert die elektrochemischen Vorgänge im Inneren der neuartigen Batterien und erprobt deren Leistung und Langzeitstabilität. Dafür werden die Zellen in unterschiedlichen Alltags-Betriebsbedingungen immer wieder be- und entladen. So soll sichergestellt werden, dass die elektrochemischen Prozesse im Inneren der Zellen repräsentativ für den Praxiseinsatz sind.

„Wir messen, wie sich die elektrische Leistung und die Speicherkapazität nach vielen hundert Lade- und Entladezyklen verändert, zum Beispiel bei hohem Leistungsbedarf, bei besonders schnellen Ladevorgängen sowie bei unterschiedlichen Temperaturen“, erläutert Dennis Kopljar, Leiter des DLR-Arbeitspakets im HYDRA-Projekt. „Am Ende öffnen wir die Batteriezellen und schauen uns an, wie sich Struktur und Zusammensetzung der Materialien während des Betriebs verändert haben.“

Mit diesen Daten der DLR-Versuche simuliert SINTEF die chemischen und physikalischen Prozesse in der Batterie. Mit diesen Erkenntnissen werden wiederum die Elektrodenmaterialien und das Zelldesign schrittweise angepasst. So sollen laut Kopljar Informationen gesammelt werden, mit denen „Konstrukteure Batteriesysteme und deren Betriebsmodi passend für die jeweilige Anwendung auslegen“ können.

Neben dem Verzicht auf Kobalt und andere kritische Materialien sollen sich die neuartigen Elektroden auch dich ihre nachhaltige und kosteneffiziente Produktion auszeichnen. Dafür wird im Rahmen von HYDRA ein Verfahren auf Wasserbasis ohne organische Lösemittel entwickelt.

Das HYDRA-Projekt wird mit mehr als neun Millionen Euro von der EU gefördert und ist bis Ende August 2024 angesetzt.
dlr.de, europa.eu