Die Aluminiumbatterie: Herausforderungen für die industrielle Fertigung (ProBaSol)

AUFGABENSTELLUNG

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind derzeit die aus­gereifteste Techno­logie für leistungs­fähige Energie­speicher bei der Elektro­mobili­tät und auch bei statio­nären Ein­richtungen, werden jedoch aktuell für Groß­anwendungen auf­grund der Kosten und der begrenz­ten Ressourcen von Li kritisch disku­tiert. Die Suche nach Post-Li-Lösungen begründet sich zudem in den erwar­teten Anwen­dungen in der Breite sowie dem zurück­liegend erfolgten Abstecken von Patent­feldern ins­besondere durch asia­tische Wett­be­werber, womit für Deutsch­land ein Rück­stand entsteht. Laut einer aktuellen Studie von Frost & Sullivan sind Energie­dichte, Sicher­heit und Kosten die drei wichtigsten Fak­toren für die erfolg­reiche Markt­ein­führung neuer Batterie­technolo­gien. Konzepten mit MHI wird ins­besondere ein hohes Potential für mobile Anwen­dungen auf­grund hoher volume­trischer Energie­dichten beige­messen. Die Forschung und Entwick­lung daran befinden sich jedoch in einer Früh­phase.

PROJEKTZIEL | ARBEITSHYPOTHESE

Das Vorhaben verfolgt das Ziel der Implementierung einer neuartigen Technologie zur Fertigung elektro­chemischer Energie­speicher als Alter­native zu LIB. Schwer­punkt­mäßig wird auf eine Fest­körper­batterie für mobile hochvalente Ionen sowie die dazu­gehörige Fertigungs­technologie für Fest­körper­elektrolyte und Elek­troden, ins­besondere mittels Kurz­zeit­tempern mit Blitz­lampen (Flash Lamp Annealing) sowie Anodischem Oxi­dieren gesetzt. Wesent­liche Vor­teile sind die erziel­baren Energie­dichten, die hohe Sicher­heit, die umfassende Verfüg­bar­keit der Materialien sowie die Recyclier­barkeit der Systeme.

NUTZEN | AUSBLICK

Im Projekt soll neben einer detaillierten Komponente-Eigenschaft-Matrix sowie Zellstudien, ein Proto­typ in Einsatz­umgebung als Voraus­setzung für die industrielle Ferti­gung vorliegen. Die volume­trische Energie­dichte kann potentiell doppelt bis viermal so hohe Werte im Vergleich zu kommer­ziellen LIB erreichen. Zudem ist ein Kosten­senkungs­potential von bis zu 20 % bezogen auf den Preis pro kWh gegeben.