Deutsches Konsortium entwickelt LMFP-Batterien für E-Flugzeuge

Ein Konsortium rund um Varta und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) will leichte und sichere Lithium-Ionen-Batterien für elektrisches Fliegen entwickeln. Dafür soll unter anderem eine LFP-Kathode um Mangan erweitert werden, um die Energiedichte zu erhöhen.

Gemeinsam mit dem ZSW arbeiten die Industrieunternehmen Johnson Matthey Battery Materials, Varta und Coperion an dem Projekt, das vom Bundesforschungsministerium mit 1,6 Millionen Euro gefördert wird. Varta koordiniert das bis zum 31. Oktober 2024 angesetzte Forschungsprojekt.

In dem Vorhaben sollen neue Aktivmaterialien mit hoher spezifischer Energie und Sicherheit entwickelt werden sowie die Prozesse, um sie zu Batterieelektroden zu verarbeiten. Kritische und teure Materialien sollen substituiert werden. Sowohl Anode als auch Kathode werden statt mit dem schädlichen Lösungsmittel NMP wässrig prozessiert. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen für die industrietaugliche Herstellung von Rundzellen genutzt werden.

„Ein wichtiges Projektziel wird sein, kobaltfreie Kathodenmaterialien durch die Entwicklung geeigneter Prozessbedingungen in zukünftigen Batterien zum Einsatz zu bringen“, sagt Prof. Dr. Markus Hölzle, ZSW-Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien in Ulm. „Auf der Anodenseite soll durch den Einsatz von Siliziumoxid der Energieinhalt deutlich erhöht werden. Neu ist auch, dass die Herstellung beider Elektroden wasserbasiert erfolgt, also ohne die Nutzung der heute üblichen, toxischen Lösungsmittel.“

Im Ergebnis sollen Batteriezellen stehen, die verglichen mit einer bereits verfügbaren LFP-Zellchemie eine um bis zu 20 Prozent höhere Energiedichte aufweisen sollen. Eine der Maßnahmen: Statt Lithiumeisenphosphat soll „ intrinsisch sicheres“ Lithiummanganeisenphosphat (LMFP) verwendet werden. Beide Materialien sind frei von den kritischen Rohstoffen Nickel und Kobalt, jedoch enthält LMFP mehr Energie als LFP.

Weitere Maßnahmen sind eine Erhöhung der Flächenkapazität um 40 Prozent (verglichen mit der LFP-Kathode) sowie der von Hölzle angesprochene Einsatz von Siliziumoxid in der Anode und die wasserbasierte Beschichtung.

„Alle Verbesserungen sollen in industrietaugliche Prozesse umgesetzt werden, um im Pilotmaßstab leistungsfähige und sichere Batterien bauen zu können“, heißt es in der Mitteilung. Am ZSW in Ulm werden die Prozesse auf einer eigenen Pilotlinie erprobt und in kleinen Laborbatterien als Demonstrator validiert. Parallel führt Varta die Ergebnisse des Projekts in die Produktion von gewickelten Knopfzellen und 2170-Rundzellen ein.
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