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Die Nachfrage nach Energiespeichern wächst weltweit. Lithium-Ionen-Batterien werden sie aufgrund des Einsatzes kritischer Rohstoffe nur bedingt decken. Die Suche nach alternativen Batterietechnologien läuft daher auf Hochtouren: Ein vielversprechendes Projekt mit dem Namen „Vier-Volt-Natrium-Ionen-Batterie“ (4NiB) soll hier Fortschritte erzielen.

Auch wenn der weltweite Absatz von Elektroautos derzeit etwas schwächelt, so soll doch die Produktionskapazität von Li-Ionen Batterien in GWh um das Achtfache bis 2027 steigen. Basierend auf einer weltweit produzierten Kapazität von 1,2 Mio. GWh im Jahr 2022 prognostiziert Bloomberg bis 2027 eine Steigerung auf 8,9 Mio. GWh (Abb. 1 und 2). Dabei dominiert China derzeit noch mit 77% die Produktionskapazität, diese soll aber bis 2027 auf 69% fallen. Insbesondere die USA wollen ihre Produktionskapazität auf 908 GWh ausbauen. Gegenüber China mit einem geplanten 6.197 GWh Kapazitätsausbau immer noch ein großer Abstand. Deutschlands Pläne mit einer angekündigten 503 GWh-Batterieproduktionskapazität bis 2027 sind bei der gegenwärtigen Investitionszurückhaltung eher mit einem Fragezeichen zu versehen.

Ein vielversprechender Kandidat für zukünftige Energiespeicher ist die Lithium-Metall-Batterie. Im Vergleich zur herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterie hat sie eine mehrfach höhere Energiedichte und eine höhere spezifische Kapazität. Eine Einschränkung in der Anwendung war bislang die Reaktionsfreudigkeit der Lithium-Metall-Elektrode mit dem flüssigen Elektrolyten. Dabei bildet sich an der Grenzfläche von Elektrode und Elektrolyt eine feste Passivierungsschicht, die bislang schwer zu kontrollieren und zu stabilisieren war.

Das an der Hochschule Aalen entwickelte Verfahren der Kompositgalvanoformung von Batteriekathoden verbindet die Dispersionsabscheidung erfolgreich mit der Galvanoformung und erreicht damit bedeutende Vorteile. Ursprünglich für Lithium-Schwefel-Batterien gedacht, wird der Fertigungsprozess nun für den Bedarf der Industrie weiter­entwickelt. Ein Team rund um Prof. Dr. Timo Sörgel, Leiter des Zentrums für Elektrochemische Oberflächentechnik (ZEO) und Studien­dekan „Materialien für Nach­haltigkeit“, mischt damit mit im Rennen um die Batterie der Zukunft.

Jahrestagung 2023 des VDMA Batterieproduktion im Plasmatreat Headquarter

Die Jahrestagung des VDMA

Rund 170 Teilnehmende, eine Fülle brandaktueller Infos und News rund um das Thema Batterieproduktion und ein durchweg positives Feedback – so ging die Jahrestagung 2023 des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau e. V.) Fachbereich Batterieproduktion zu Ende. Die beliebte Fachveranstaltung fand am 22. und 23. Juni 2023 bei der Plasmatreat GmbH, Weltmarktführer für atmosphärische Plasmatechnologie, in Steinhagen, statt. Sie bot den Besuchern ein spannendes Programm aus Fachvorträgen und Diskussionsrunden. Darüber hinaus erhielten die Besucher reichlich Gelegenheit zum Austausch mit Experten und Networking.

… und sicher, könnte man ergänzen, denn im Gegensatz zu Lithiumionen- Batterien ist sie unbrennbar. Die Empa tüftelt an der Redox-Flow-Batterie.

Die neuartige Batterie ist eine sogenannte Dünnschichtfestkörperbatterie. Die Technologie an sich ist nicht neu: Solche Batterien sind bereits seit den 1980er-Jahren bekannt. Aufgrund der sehr geringen Masse ihrer Dünnschichtkomponenten – die ganze Zelle ist nur wenige Mikrometer dick – konnten sie bisher aber nur sehr wenig Energie speichern.

Going Green

Deutschland wird immer „grüner“ – baut Windkraftanlagen und Solarenergieanlagen. Die deutsche Industrie wird sich verändern und statt Pkw mit Brennstoffmotoren Elektromobile bauen, wie sie bereits begonnen hat. Der Übergang zur CO₂-Neutralität wird nicht schmerzfrei sein, aber wir können für unsere Kinder und Enkelkinder optimistisch sein. Es ist zu hoffen, dass dies auch für andere europäische Länder und auch für Nordamerika gelten wird. Aber wie sieht die Zukunft für Länder im Nahen Osten wie z. B. Saudi-Arabien aus, das ca. 95 % seines Einkommens aus fossilen Brennstoffen bezieht? Oder Indonesien, dem weltweit größten Exporteur von Kohle? Die Vorhersage ist, dass diese Länder einen doppelten Schlag erleiden werden. Die weltweite Nachfrage nach fossilen Brennstoffen wird zurückgehen, was zu einem Rückgang der Preise für fossile Brennstoffe führen wird. Daher werden diese Länder geringere Mengen exportieren und weniger pro Tonne oder pro Fass erhalten. Soweit ich weiß, haben die meisten dieser Länder keine Pläne für eine Zukunft, in der ihre Hauptexportgüter schrumpfen und schließlich verschwinden werden.

Bis 2030 soll sich der Lithiumbedarf um das 18-fache und bis 2050 sogar um das 60-fache erhöhen. Im Projekt LiCORNE (Lithium Recovery and Battery Grade Materials Production from European Resources), an dem das KIT beteiligt ist, wollen Partner aus Forschung und Industrie Lithium aus europäischen Quellen wie Thermalwässern, mineralischen Vorkommen oder Altbatterien gewinnen, um die Rohstoffabhängigkeit zu verringern. Außerdem wollen sie kosteneffiziente, sichere und flexible Technologien zur Gewinnung des Leichtmetalls entwickeln, die eine höhere Ausbeute bei gleichzeitig sehr geringem ökologischem Fußabdruck ermöglichen.

Viel Rohstoff lässt sich beim Schweißen von Hochleistungselektronik sparen. Das hat eine Untersuchung beim Deutschen Elektronen-Synchrotron Desy der Helmholtz-Gemeinschaft in Hamburg ergeben.