Am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA arbeitet ein Forschungsteam an einer neuartigen Batteriezelle für Photovoltaik-Stromspeicher. Der umweltfreundliche Batteriespeicher soll ohne giftige oder krebserregende Materialien auskommen und eine höhere Energiedichte aufweisen als herkömmliche Lithium-Eisenphosphat-Batteriezellen. Heute kommen in vielen Elektroden der Batteriezellen Stoffe wie Nickel und Kobalt zum Einsatz. „Diese Materialien erfordern viel Sicherheitstechnik und aufwändige Schutzmaßnahmen in der Zellproduktion“, sagt Johannes Wanner, Geschäftssegmentleiter Batteriesysteme am Fraunhofer IPA. „Entfallen sie, wird die Produktion zwangsläufig günstiger.“

Wanners Forschungsteam vom Zentrum für Digitalisierte Batteriezellproduktion (ZDB) am Fraunhofer IPA setzt deshalb auf eine Fluor-, Kobalt- und Nickel-freie Kathode, beispielsweise eine Lithium-Mangan-Eisenphosphat-Kathode (LMFP), und kombiniert diese mit einer hochkapazitiven Anode. Um dem Konzept einer nachhaltigen Batteriezelle gerecht zu werden, wollen die Forscher:innen auch im Elektrolyten und Binder auf Fluor verzichten, wodurch die Batteriezelle gänzlich Fluor-frei wäre. Durch diesen Verzicht wird auch die Zellsicherheit verbessert, da kein Fluorwasserstoff mehr entstehen kann.

„Bei der Batteriezellproduktion fallen bis zu 30 Prozent Ausschuss bei Materialwechsel auf neue Elektrodencoils an“, sagt Wanner. Kostentreiber und Umweltproblem zugleich. Reduzieren will das Forschungsteam den Ausschuss mithilfe der sogenannten Delamination. Die fehlerhaften Beschichtungen auf den Elektroden sollen sich nachträglich wieder ablösen und ersetzen lassen. Durch den Verzicht auf den fluorhaltigen Standard-Binder Polyvinylidenfluorid (PVDF), ein als PFAS eingestuftes Material, kann man die Materialien einfacher wieder in neue Zellen einbauen und die Recyclingquote so verbessern.

Umweltfreundliche Batteriespeicher sollen bis Ende 2028 marktfähig sein

Im ZDB haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Fraunhofer IPA in den vergangenen Jahren eine durchgängig vernetzte Produktionslinie für zylindrische Batteriezellen aufgebaut. Diese wollen sie nun nutzen, um ihre nachhaltige Hochenergie-Rundzelle zu entwickeln und deren Herstellung zu skalieren. Der assoziierte Partner Varta Microbattery begleitet das Projekt. Bis Ende 2028 soll die Batteriezelle für Photovoltaik-Stromspeicher marktfähig sein. Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg fördert das Projekt mit 2 Millionen Euro.

Mehr zum Thema Batterieforschung

• Forschung: Hochspannungsbatterie soll Speicherverluste reduzieren
• Batterieforschung: Dendriten wachsen in Elektrolyten von Festkörperbatterien
• BAM legt Studie zur Sicherheit von Natrium-Ionen-Batterien vor
• Neue Forschungsgruppe für Photobatterien
• Johannes Weniger (HTW): Effizienz der Batteriespeicher bleibt wichtig

Quelle: Fraunhofer IPA | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH