HiQ-CARB: Neue Akku-Additive mit geringerem CO2-Fußabdruck
HiQ-CARB steht für „High-Quality Conductive Additives for Rechargeable Batteries“, auf Deutsch: Hochwertige leitfähige Additive für wiederaufladbare Batterien. Das Projekt lief von Anfang 2021 bis Mitte 2025 und zielte darauf ab, ressourcensparende Kohlenstoff-Nanotubes (CNTs) und Kohlenstoff-Acetylenschwarz aus erneuerbaren Rohstoffen zu kombinieren, da ihre Kombination „ein nahezu ideal leitendes Netzwerk innerhalb der Batterieelektrode“ bildet. In dem Projekt wurden laut dem teilnehmenden Fraunhofer ISC bedeutende Fortschritte in der Nachhaltigkeit und Leistung von Lithium-Ionen-Batterien erzielt: „Die Kombination von Kohlenstoffnanotubes und Acetylenschwarz hat die benötigte Menge an Additiven reduziert, was zu kostengünstigen und leistungsstarken Batterien führt.“
Das Projektteam von HiQ-CARB setzte zum einen auf Unternehmen wie Arkema oder Orion für die Herstellung der fortschrittlichen Additive und Customcells für die Batteriezellproduktion. Für den wissenschaftlichen Teil der Evaluierung und Erprobung der neuen Materialkombinationen selbst und der daraus hergestellten Batteriezellen waren Partner wie das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, die Aalto-Universität und die Universität Bordeaux beteiligt. Das Projekt erhielt zudem EU-Fördermittel von EIT RawMaterials.
Zur Einordnung: Die üblicherweise verwendeten leitfähigen Ruße als Additive in der Produktion von Batterieelektroden sind fossilen Ursprungs und haben daher einen verhältnismäßig hohen CO2-Fußabdruck. In HiQ-CARB fand sich ein interdisziplinär aufgestelltes Konsortium zusammen, um an nachhaltigen Ressourcen zu forschen und eine höhere Materialeffizienz zu erreichen. „Die Projektarbeit umfasste die Entwicklung der effektivsten Zusammensetzung für die neuen leitfähigen Additive, die Hochskalierung von Produktionsprozessen, umfassende Materialbewertungen und eine Lebenszyklusanalyse (LCA), die von der Universität Bordeaux durchgeführt wurde“, zählen die Verantwortlichen auf. Die Zusammenarbeit mit Partnern wie dem Fraunhofer ISC, der Aalto-Universität und Customcells sei entscheidend gewesen, um die Materialien sowohl im Labor- als auch im Pilotmaßstab zu bewerten und deren Eignung für praktische Anwendungen sicherzustellen.
Neben der Hochskalierung der Kohlenstoffproduktion, der Bewertung von Materialien und der Ausbildung von Fachkräften hatten die Projektpartner sich auch die Aufgabe gestellt, eine Marktstrategie zu entwickeln, um das gewonnene Wissen in die industrielle Umsetzung zu übertragen. Die Schlüsselmaterialien umfassen die Acetylen-basierten leitfähigen Kohlenstoffpartikel, die von der Firma Orion produziert werden, und die sogenannten CNTs, die von der Firma Arkema hergestellt werden. „Beide Materialien können in erheblichen Mengen produziert werden, die von mehreren Zehnteltonnen bis zu Tausenden von Tonnen reichen, und wurden von den Partnern hinsichtlich ihrer Eigenschaften und Umweltwirkungen bei der Verwendung in Batteriematerialien bewertet“, teilt das Konsortium mit.
Grundsätzlich sorgen Additive für eine Verbesserung der Leitfähigkeiten von Batterieelektroden – und tragen so dazu bei, schnellere Lade- und Entladeraten zu erreichen. Im Fall der von HiQ-CARB erforschten Materialkombination sollen die Additive derart leitfähig sein, dass eine Reduzierung der insgesamt in den Batterieelektroden benötigten Menge erfolgen kann – „was zu leichteren, kostengünstigeren und leistungsstärkeren Lithium-Ionen-Batterien beiträgt“, so die Experten.
Projektpartner Customcells stellte unterdessen im Zuge des Projekts seine Produktionsanlagen zur Verfügung, um die neuen Additive direkt in der Batteriefertigung anstelle des zuvor verwendeten fossilen leitfähigen Kohlenstoffschwarz zu verwenden. „Die kohlenstoffbasierten HiQ-CARB-Additive konnten problemlos in unsere bestehenden Produktionsprozesse integriert werden, ohne dass wesentliche Änderungen erforderlich waren. Wir erzielten sehr homogene Beschichtungsmuster, die uns von ihrer Qualität überzeugten“, berichtet Jan Majchel von Customcells.
Weiter hat das Forschungsteam nach eigenen Angaben einen klaren Fahrplan für die zukünftige Produktion der klimafreundlicheren Hauptadditive und der mit ihnen hergestellten Batteriezellen skizziert. Und: „Der Transfer optimierter Kathodenformulierungen zu Customcells gewährleistet die Prüfung und potenzielle Kommerzialisierung dieser Innovationen. Die Partner sind entschlossen, verbleibende Herausforderungen zu überwinden und die erfolgreiche Markteinführung dieser Innovationen sicherzustellen.“
0 Kommentare