12.11.2019 - 14:40

Dresden: Forschung an neuartigen Batterie-Elektroden

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Forscher des Dresdner ExcellBattMat-Zentrums am Fraunhofer IWS haben sich zum Ziel gesetzt, Schlüsselkomponenten für das Großvorhaben „Forschungsfertigung Batteriezelle“ in Münster beizusteuern. Forschungsobjekt sind Elektroden aus Silizium- oder Lithiumschichten.

Zum Hintergrund: Deutsche Wissenschaftler wollen an verschiedenen Standorten ihre Kompetenzen bündeln und im Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“ neuartige Batterien u.a. für Elektroautos entwickeln, die bei gleichem Volumen mindestens 70 Prozent mehr Energie speichern können als herkömmliche Lithium-Ionen-Lösungen. Die Rede ist von Elektrofahrzeuge, die imstande sein sollen, mit einer Batterieladung bis zu 700 Kilometer weit zu fahren.

Übergeordnetes Ziel ist es, die Basis für eine eigene Großproduktion von Batteriezellen in der Bundesrepublik zu schaffen. Dazu präsentieren Wissenschaftler aus Dresden nun ihren auf drei Jahre angelegten Forschungsbeitrag. Sie arbeiten seit diesem Monat an Elektroden, die aus hauchdünnen Si- oder Li-Schichten bestehen, um hohe Energiedichten zu erreichen. Sie agieren nach eigenen Angaben quasi als Hightech-Schmiede für neue Werkstoffe innerhalb der „Forschungsfabrik Batterie“, die zahlreiche Batterie-Förderaktivitäten des Bundesforschungsministeriums unter einem Dach vereint.

Überschrieben ist das Dresdener Projekt mit dem Titel KaSiLi (Strukturmechanische Kathodenadaption für Silizium- und Lithiumwerkstoffe), eingebettet ist es ferner in das vom BMBF geförderte Kompetenzcluster für Batteriematerialien ExcellBattMat. Bis 2022 wolle das Forscherteam funktionsfähige Demonstratoren fertig haben, heißt es in einer begleitenden Pressemitteilung. Danach fließe das neue Batterie-Design in die „Forschungsfertigung Batteriezelle“ in Münster ein.

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Aber worum geht’s konkret? Die Antwort: In Dresden sollen neue Materialien, Designprinzipien und Verarbeitungstechnologien für die Elektroden von Batteriezellen entwickelt werden. Heute bestehe die Anode in einer Lithium-Ionen-Batterie meist aus einem wenige Mikrometer dünnen Kupfer-Stromleiter, der mit einer etwa 100 Mikrometer dicken Grafit-Schicht bedeckt ist, erläutert das Forscherteam. Diese Graphit-Schicht wolle man durch weit dünnere Schichten aus Silizium oder Lithium ersetzen. Im Labor funktioniere das auch schon recht gut und sorge bereits für mehr Energiespeicher-Vermögen. „Heutige Lithium-Ionen-Akkus kommen auf eine Energiedichte von etwa 240 Wattstunden pro Kilogramm bzw. bis 670 Wattstunden pro Liter, mit unseren Elektroden wollen wir auf deutlich über 1.000 Wattstunden pro Liter kommen“, äußert Stefan Kaskel, Chemie-Professor an der TU Dresden und Leiter sowohl des ExcellBattMat-Zentrums in Dresden als auch des KaSiLi-Projekts.

An dem Vorhaben sind mehrere Institutionen beteiligt: Das Fraunhofer IWS bringt seine Erfahrungen in der Dünnschicht-Technologie ein. Das Fraunhofer IKTS kümmert sich um die oxidische Kathodentechnik und deren Skalierung. Das Nanoelektronik-Labor („NaMLab“) der Technischen Universität Dresden (TUD) untersucht mit speziellen Spektroskopie-Anlagen die neudesignten Anoden. Das Dresdner Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung fokussiert sich auf die strukturellen Analysen der Elektrodenschichten. Die TUD-Lehrstühle für anorganische Chemie und für anorganisch-nichtmetallische Werkstoffe übernehmen die Vorlaufforschung für neue Elektroden-Aufbauten. Außerdem kooperieren die Dresdner Einrichtungen mit den drei anderen ExcellBattMat-Zentren Deutschlands in Münster, München und Ulm.
iws.fraunhofer.de

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Ein Kommentar zu “Dresden: Forschung an neuartigen Batterie-Elektroden

  1. Jürgen, Barsuhn

    Ich fahre nun seit einen Jahre einen BMW 530e Hybrid. Mein Arbeitsweg (Quickborn – Hamburg) beträgt 29 KM und ich kann, dank einer E-Ladestation gleich neben meiner Arbeitsstelle auch wieder Laden, sofern diese nicht schon belegt ist. Die von BMW Versprochene elektrische Reichweite von ca. 40 KM habe ich allerdings noch nie gesehen, da hat man sich wohl versprochen. Im Sommer werden zwischen 30 und 35 KM und im Winter ca. 26-30 KM Reichweite mit vollgeladener Batterie erreicht. Bei meinem Fahrprofil ist der Hybrid für mich die optimale Lösung um sich elektrisch fortzubewegen. Allerdings ist die E-Ladestation bei meiner Arbeitsstelle oft schon besetzt und das auch von herkömmlichen Fahrzeugen, die dann allerding binnen einer 1/2 Stunde abgeschleppt werden. Ich muss also öfters, dank fehlender zweiter oder dritter E-Ladestation mit Verbrennungsmotor nach hause fahren. Auch im Heimatort und Umgebung ist die Infrastruktur für E-Ladestationen um es gelinde zu sagen eine Vollkatastrophe. Ich habe mich sowohl beim Kreis Pinneberg als ich bei der Stadt Quickborn über fehlenden E-Ladestationen bzw. bei aus meiner Sicht an falscher stelle aufgestellten E-Ladestationen beschwert. Die Antworten waren eher nicht zufriedenstellen, zumindest im Raum Quickborn ist im letzten Jahr nicht eine einzige neu Ladestation aufgebaut worden. Mit dieser Erfahrung würde ich mir heute nicht wieder ein Hybrid oder gar voll Eklektisch getriebenes Fahrzeug zulegen, diese Investition war trotz Umweltprämie reine Geldverschwendung.

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12.11.2019 14:45