ZSW ersetzt Lösungsmittel in Kathoden-Herstellung durch Wasser

Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) haben giftige Lösungsmittel bei der Herstellung von Kathoden durch Wasser ersetzen können. Die wasserbasierte Herstellung eigne sich auch für Batterien für E-Fahrzeuge.

Um die Energiedichte zu erhöhen, bestehen Lithium-Ionen-Akkus aus Materialen mit einem großen Nickelanteil in der Kathodenmasse. Bei der Herstellung kommen giftige Lösungsmittel und Chemikalien zum Einsatz, die das ZSW nun durch Wasser und wässrige Flüssigkeiten ersetzen konnte.

Konkret wurden bei der Herstellung das Standard-Lösemittel NMP sowie das Binder-Gemisch PVDF ersetzt. Zunächst konnten Elektroden nur im Labormaßstab im Millimeter-Maßstab produziert werden. Nun gelang es den Forschern in Ulm auch Elektroden von rund 100 Meter Länge, also einem produktionsnahen Maßstab, ohne mit Wasser anstatt Lösungsmitteln herzustellen.

Die Elektroden wurden jetzt erstmals in Rundzellen vom Typ 21700 verbaut. Ein Zellformat, das etwa beim Tesla Model 3 zum Einsatz kommt. Und das ZSW ist mit dem Ergebnis zufrieden. „Nach 1.000 Lade-/Entladezyklen wiesen sie noch 80 Prozent der Anfangskapazität auf und sind damit für den Einsatz in Batteriefahrzeugen geeignet“, schreibt das Forschungsinstitut in seiner Bekanntmachung.

„Nachdem bei den Anoden bereits seit vielen Jahren auch im industriellen Maßstab mit Wasser als Lösungsmittel gearbeitet wird, haben wir das nun auch bei den Kathodenmaterialien geschafft“, sagt Margret Wohlfarth-Mehrens, die als Fachgebietsleiterin für die Arbeiten verantwortlich war. „Der Einsatz von Wasser ermöglicht neben dem Wegfall von giftigen Lösungsmitteln auch die Nutzung von nicht-fluorierten Bindern, was das Recycling von Batterien deutlich vereinfacht.“

Das Verfahren soll demnächst auch für andere Zellformate getestet werden.

„Unsere Arbeiten sollen die Herstellung von Elektroden in Lithium-Ionen-Batterien verbessern und umweltfreundlich machen, ohne die Leistung der Batterien zu beeinträchtigen“, sagt Markus Hölzle, Leiter des ZSW Geschäftsbereich in Ulm. „Dabei spielt die Substitution von giftigen Lösungsmitteln und biologisch nicht abbaubaren fluorhaltigen Chemikalien eine wichtige Rolle.“

Und kostengünstiger ist die Herstellung bei der Verwendung von Wasser anstatt Lösungsmitteln natürlich auch. Allerdings machte das ZSW hierzu keine genaueren Angaben.
zsw-bw.de