FACILE: Forschungsprojekt zu Silizium-haltigen Anoden
An FACILE sind vier Partnern aus Baden-Württemberg beteiligt, darunter das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Das Konsortium aus Industrie und Wissenschaft setzt nach eigenen Angaben „auf bewährte Verfahren aus der Papier- und Vliesstoffproduktion, kombiniert mit modernsten industriellen Beschichtungstechniken aus der Halbleitertechnik und Photovoltaik“.
Ziel ist es, die praktische Energiedichte auf der Anodenseite um bis zu 250 Prozent zu steigern und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck der Akkus zu verbessern. Anoden aus Graphit können Lithium mit bis zu 370 Milliampere-Stunden pro Gramm speichern, während Silizium eine theoretische Speicherkapazität von bis zu 4.200 Milliampere-Stunden pro Gramm bietet. Mit der Steigerung um 250 Prozent peilen die FACILE-Projektpartner „eine praktische Kapazität von mindestens 1.000 Milliampere-Stunden pro Gramm“ an.
Die theoretischen Vorzüge von Silizium als Anodenmaterial sind bestens bekannt, die Hürden in der praktischen Umsetzung allerdings auch: „Silizium verändert sein Volumen stark während des Lade- und Entladevorgangs. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kommt es schnell zu Rissen und Abplatzungen auf der Anode, was letztlich zum Batterieausfall führen kann“, wie es das ZSW in der Mitteilung ausdrückt. Die Volumen-Veränderung beeinflusst die mechanische Stabilität der Zelle und hat bisher die Silizium-Beimischung in Anoden (wenn sie in Großserien-Elektroautos überhaupt genutzt wird) auf wenige Prozent beschränkt – womit auch der Vorteil bei der Speicherkapazität und Schnellladeleistung geringer ausfällt.
Vlies-Verbundmaterial soll Volumenänderung ausgleichen
Genau an diesem Knackpunkt wollen die Forscher-Teams der vier Partner ansetzen: Anstatt der klassischen Beschichtung von metallischen Trägerfolien sollen Silizium-Anoden auf faserbasierten, elektrisch leitfähigen vliesstoffartigen Substraten entwickelt werden – „zum ersten Mal“, wie das ZSW betont. Die faserbasierte, flexible Vliesstoffstruktur soll die Volumenänderungen des Siliziums ausgleichen. Von dem neuartigen Verbundmaterial versprechen sich die Forscher „hohe Leistung, lange Lebensdauer und Nachhaltigkeit“.
„FACILE zeigt, wie Industrie und Wissenschaft in Baden-Württemberg gemeinsam die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung bis zur Zellproduktion für Lithium-Ionen-Batterien abdecken können“, sagt Markus Hölzle, Vorstandsmitglied und Leiter des ZSW in Ulm. „Das Projekt entwickelt Silizium-Anoden auf flexiblen Vliesstoff-Trägern, die die starken Volumenänderungen des Materials ausgleichen. So entstehen leistungsstarke, langlebige und nachhaltige Batterien – ein wichtiger Beitrag zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Region.“
Das ZSW in Ulm testet zunächst die im Projekt hergestellten faserbasierten Silizium-Anoden in kleinen Testzellen. Anschließend prüfen die Wissenschaftler die Herstellungsprozesse, passen sie an und skalieren sie hoch, um große Batteriezellen herzustellen, wie sie in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen. Dabei sollen die Pilotanlagen zur Zellfertigung des ZSW genutzt werden.
Die Centrotherm International AG mit Sitz in Blaubeuren, die das Projekt auch koordiniert, arbeitet als Maschinenbauspezialist an der Entwicklung einer innovativen Hochdurchsatzanlage zur Siliziumbeschichtung von Faserstoffen. Die Phoenix NonWoven GmbH & Co. KG in Lenningen entwickelt und liefert die speziellen Vliesstoffe. Und das International Solar Energy Research Center Konstanz (ISC Konstanz e.V.) untersucht die Verbindung von Vlies und Kupferfolie, der Bereich Photovoltaik der Universität Konstanz führt die Materialanalysen durch.
Das bereits am 1. Juli 2025 gestartete Vorhaben wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg mit insgesamt 1,28 Millionen Euro gefördert. Es läuft 24 Monate bis zum 30. Juni 2027.
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