Konsortium stellt neue Herstellungsweise für Feststoffakku vor

Der von SOLiDIFY vorgestellte Batteriezell-Prototyp weist eine Energiedichte von 1070 Wh/L auf und liegt damit laut dem Konsortium „deutlich über den 800 Wh/L der heutigen Lithium-Ionen-Batterietechnologie“. Das Herstellungsverfahren soll zudem kostengünstig sein und sich an bestehende Produktionslinien für Lithium-Ionen-Batterien anpassen lassen. Geschaffen wurde der Prototyp im Labor von EnergyVille in Belgien, die Entwicklung des innovativen Elektrolyten oblag dem belgischen Interuniversity Microelectronics Centre, der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt aus der Schweiz und der französischen Firma Solvionic. 

Die hohe Energiedichte der Pouchzelle wurde den Projektteilnehmern zufolge durch die Kombination einer „dicken“ Kathode mit NMC-Chemie, einer dünnen Lithium-Metall-Anode und eines dünnen Festelektrolyt-Separators erreicht. Für den Elektrolyten wurde dabei „ein polymerisiertes, auf einer ionischen Flüssigkeit basierendes festes Nanokompositmaterial entwickelt“, so die Forscher. Und weiter: „Dieses ermöglichte einen einzigartigen, von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt zum Patent angemeldeten Flüssig-zu-Fest-Verfestigungsansatz, mit dem sich ein sehr dünner Separator von 20 μm herstellen lässt, der aber auch die Verwendung einer dicken Kathode von 100 μm Dicke und einen kompakten Batteriezellenstapel ermöglicht.“

Zudem ist es dem seit 2020 bestehenden Konsortium nach eigenen Angaben gelungen, bisherige Schwachstellen wie die mechanische Festigkeit und die Kathodenimprägnierung zu überwinden, die Ladezeit der Zelle auf drei Stunden zu bringen und ihre Lebensdauer auf 100 Zyklen zu erhöhen. Zu den nächsten Schritten gehört „die weitere Hochskalierung dieser Hochleistungsbatterie-Technologie“, wie die Projektteilnehmer mitteilen. Sie konstatieren aber schon jetzt, dass das Verfahren dank eines Herstellungsprozesses, der bei Raumtemperatur durchführbar ist, sich an aktuelle Produktionslinien anpassen lässt und voraussichtlich weniger als 150 Euro pro kWh kosten wird, „einen erschwinglichen Transfer in die Industrie verspricht“.

Das SOLiDIFY-Konsortium bestand aus den Forschungseinrichtungen Interuniversity Microelectronics Centre/EnergyVille (Belgien), Fraunhofer (Deutschland), Centro Ricerche Fiat SCPA (Italien), der Empa (Schweiz), der Universität Hasselt/EnergyVille (Belgien) und der Delft University of Technology (Niederlande) sowie den Industriepartnern VDL Groep (Niederlande), Umicore (Belgien), Solith (Italien), Solvionic (Frankreich), Sidrabe (Lettland), Leclanché (Schweiz), Gemmate Technologies (Italien) und Powall (Niederlande). Das Projekt wurde aus Mitteln des EU-Forschungs- und Innovationsprogramms Horizon 2020 finanziert und vom Interuniversity Microelectronics Centre koordiniert.

empa.ch