Batterietechnologien der Zukunft Festkörperbatterien: Europäische Alternative zur CASIP

Anbieter zum Thema

Würth Elektronik eiSos GmbH & Co. KG

Kisling AG

Der Lehrstuhl PEM der RWTH Aachen hat mit Industriepartnern eine Konsortialstudie zur zukünftigen Herstellung von Festkörperbatterien in Europa beendet. Zusammen untersuchte man nicht nur die zentralen Herausforderungen, sondern erarbeitete auch Alleinstellungsmerkmale für die heimische Produktion sowie eine europäische Alternative zur kürzlich angekündigten China All-Solid-State Battery Collaborative Innovation Platform.

Im Rahmen seines Technologiefelds „Next-Gen Batteries“ beschäftigt sich der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components der RWTH Aachen mit neuen Batterietechnologien und den entsprechenden Produktionstechniken. Ein Themenschwerpunkt dabei ist die Festkörperbatterie, auch Solid State Battery (SSB) genannt. Die SSB gilt als Schlüsseltechnologie, die dazu beitragen könnte, Lithium-Metall-basierte Anoden einzusetzen. So ließe sich eine außerordentlich hohe Energiedichte erzielen. Daher nahmen in jüngster Vergangenheit etliche Automobil- und Batteriezellenhersteller Forschungen zu Solid-State-Batterien selbst in die Hand wie BMW, Ford, Toyota, Nissan und CATL, um nur einige zu nennen, oder trafen entsprechende Entwicklungsvereinbarungen.

Produzierbarkeit im Fokus

Die größte Herausforderung für die Kommerzialisierung ist dabei die Produzierbarkeit. „Nach jahrelanger Grundlagenforschung zu den leistungsfähigsten Festkörperelektrolyten sind die wichtigsten Materialfragen inzwischen weitgehend geklärt“, betont PEM-Leiter Professor Achim Kampker und erklärt: „Jetzt steht die Notwendigkeit innovativer Herstellungsverfahren und ihrer Skalierbarkeit im Mittelpunkt, denn bis zu 60 Prozent des aktuellen Produktionslayouts für Lithium-Batterien müssen möglicherweise in erheblichem Maße geändert werden.“ Die Entwicklung von Festkörperakkus auf Basis der Lithium-Ionen-Technologie gilt auch darum als wichtiger Baustein für die Elektromobilität, weil die Akkus sicherer sein sollen sowie theoretisch höhere Reichweiten und kürzere Ladezeiten ermöglichen.

SSB kommerzialisieren

Der Konsortialstudie zeigt auf, dass diverse Unternehmen derzeit weltweit Partnerschaften zur Kommerzialisierung von Festkörperbatterien eingehen, die jeweils eigene Ansätze verfolgen. Während man sich in Europa und den USA hauptsächlich auf Polymer- und Hybrid-Elektrolytsysteme konzentrieren würde, würden in Asien und dort vor allem in China zunehmend Sulfid-basierte Systeme erforscht. Bis 2035 könnten Festkörperbatterien mit einer potenziellen Gesamtleistung von bis zu 1.200 GWh bereits einen bedeutenden Anteil am globalen Batteriemarkt ausmachen, ist sich Kampker sicher: „Das Umsatzpotenzial liegt dann voraussichtlich bei 550 Milliarden Euro, so dass selbst ein kleiner Anteil daran sehr attraktiv ist.“ Dafür ist allerdings eine neue und skalierbare Anlagentechnik Voraussetzung.

Herausforderungen in der Produktionskette

Die Studie zeigte verschiedene Herausforderungen in der Produktionskette auf. Dazu zählen neue Verarbeitungsmethoden zur Herstellung dünner und dichter Schichten für Festkörperelektrolyte und Lithium-Metall. Darüber hinaus müsse geprüft werden, inwiefern Trockenbeschichtungsansätze aus der aktuellen Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien auch auf die Fertigung von Festkörperelektrolyten übertragbar sind. Auch seien Wärmebehandlungsschritte vor allem für keramikbasierte Festkörperelektrolyte zu optimieren, und bei Elektrodenstapeln müsse für Grenzflächen mit geringem Widerstand für eine optimale Ionenleitung der Festkörper gesorgt werden. Des Weiteren benötige man maßgeschneiderte Produktionsprozesse für neue Hybridzellenformate, die Pouch-Designs mit prismatischen Formen kombinieren. Auch würden bipolare Zellstapel in Zukunft die Zellmontage und die Formierungsprozesse beeinflussen.  (se)

Elektromobilität in China

Sind Festkörperbatterien schon bald bezahlbar?

Elektromobilität

Alterung von Feststoffbatterien verfolgen

(ID:50293626)