Forschungsprojekt SIB:DE Forschung Natrium-Ionen-Technik spielt Schlüsselrolle für stabile Energieversorgung

Im Vergleich zu Lithium ist Natrium ein Rohstoff, der gut verfügbar, kostengünstig und sicher ist. Natrium-Ionen-Batterien können daher eine Schlüsselrolle für eine stabile Energieversorgung in Europa spielen. Das Forschungsprojekt „Sodium-Ion-Battery Deutschland-Forschung – SIB:DE FORSCHUNG“ zielt darauf ab, die Eignung der Natrium-Ionen-Batterietechnologie für die europäische Energie- und Mobilitätswende zu evaluieren und eine schnelle industrielle Umsetzung zu erreichen.

Batteriezellen sind ein unverzichtbarer Bestandteil der von der Europäischen Union bis 2030 beschlossenen Mobilitätswende. Derzeit kommen Lithium-Ionen-Batterien am häufigsten zum Einsatz. Die Rohstoffabhängigkeit und -knappheit stellt jedoch eine erhebliche Herausforderung für den Lithium-Ionen-Batteriemarkt dar. Sowohl für mobile als auch für stationäre Energiespeicher werden daher dringend vergleichbare Alternativen gesucht. Eine Alternative wäre Natrium.

Langzeitstabilität untersuchen

Beim Einsatz alternativer Rohstoffe ist es wichtig, sowohl die Langzeitstabilität als auch die praktische Nutzung der theoretischen Energiedichten der Materialien und Zellen der Natrium-Ionen-Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Entwicklungen zu optimieren, um die erforderliche Leistungsfähigkeit zu gewährleisten. Trotz ähnlicher elektrischer Eigenschaften lassen sich Lithium und Natrium nicht einfach austauschen. Chemische Unterschiede zwischen diesen Elementen führen aktuell zu technischen Herausforderungen, die eine schnellere Alterung der Natrium-Batterien zur Folge haben und deren Leistung beeinträchtigen.

SIB-Aktivmaterialien skalierbar produzieren

Das Forschungsprojekt hat daher vor allem zum Ziel, SIB-Aktivmaterialien zu identifizieren, die sich skalierbar herstellen lassen. Darüber hinaus sollten sie eine wettbewerbsfähige Zell-Performance bieten. Zudem ist die Entwicklung von SIB-Zelldemonstratoren und die Evaluierung der Drop-in-Fähigkeit der Technologie, die eine Integration in bestehende Produktionsprozesse der Lithium-Ionen-Technologie ermöglicht, von besonderer Bedeutung. Dadurch wird der Übergang zu neuen Technologien erleichtert und die Produktionskosten sowie die Entwicklungszeit können reduziert werden. Um die Ergebnisse zu evaluieren, wird eine Bewertungsmatrix erstellt, die technologische, wirtschaftliche und ökologische Faktoren für verschiedene Materialsysteme und Prozesse berücksichtigt.

21 Partner aus Industrie und Wissenschaft

Das Projektkonsortium besteht aus sieben Industriepartnern und 14 akademischen Partnern, sowie einem erweiterten Kreis von derzeit 42 assoziierten Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Es ist somit das größte Konsortium innerhalb Deutschlands zu diesem Thema. Die Koordination des Gesamtprojekts hat BASF inne. Nur durch diese enge Verzahnung der Kompetenzen aus Wissenschaft und Industrie kann ein schneller Transfer der Forschungsergebnisse in die industrielle Skalierung gelingen und eine Marktdurchdringung der Natrium-Ionen-Technologie ermöglicht werden. Neben BASF zählen zu den Partnern E-Lyte Innovations GmbH, Evonik Operations GmbH, Forschungszentrum Jülich/Institute of Energy Materials and Devices, Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle, Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik, Humboldt-Universität zu Berlin, KIT/Helmholtz-Institut Ulm (AK Bresser), KIT/Helmholtz-Institut Ulm (AK Fichtner), KIT – Institut für Angewandte Materialien IAM, KIT – Institut für Nanotechnologie BELLA, Litona GmbH, Rain Carbon Germany GmbH, RWTH Aachen – Institut für Stromrichtertechnik und elektrische Antriebe, Schunk Kohlenstofftechnik GmbH, TUM, Universität Bayreuth, Universität Münster (MEET Batterieforschungszentrum, IfBM), VARTA Microbattery GmbH und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung.

Während die akademischen Partner an den materialwissenschaftlichen und zelltechnischen Themen arbeiten, konzentrieren sich die Industriepartner auf die Skalierung der Materialien und der industrienahen Zellformate. Am Ende der Projektlaufzeit ergeben die Arbeiten eine Empfehlung zur Umsetzbarkeit eines industrialisierbaren Prozesses. Diese Ergebnisse fungieren anschließend als direkte Schnittstelle zu den Produktionsthemen und Industrieformaten, die im geplanten Folgeprojekt zur Produktionsforschung „SIB:DE Entwicklung“ angestrebt werden. Das übergeordnete Ziel des Gesamtvorhabens ist der Aufbau eines umfassenden Ökosystems für die Produktion von Natrium-Ionen-Batterien.  (se)

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