Professor Stefano Passerini und seine Mitarbeiterin Hyein Moon setzen an einer Handschuhbox
eine Natrium-Ionen-Batterie zusammen. Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT

Umweltfreundlich, kostengünstig und hochleistungsfähig sollen die Natrium-Ionen-Batterien der nächsten Generation sein – dann können sie eine Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien sein, so meldet das KIT, Karlsruher Institut für Technologie.

Im Projekt TRANSITION arbeiten Forscherinnen und Forscher des vom KI) gegründeten Helmholtz-Instituts Ulm gemeinsam mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg und der Friedrich-Schiller-Universität Jena, an Lösungen für den Technologiewechsel von Lithium Ionen zu Natrium-Ionen-Batterien. Eine große Aufgabe an deren Ende ein wichtiger Beitrag zu einem nachhaltigeren Energiespeichermarkt in Deutschland stehen soll. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Projekt für dreie Jahre mit 1,15 Millionen Euro.

Die Märkte für Elektromobilität und stationäre Energiespeicher werden im Zuge der Energiewende deutlich wachsen und erfordern energieeffizientere und leistungsfähigere Speichertechnologien. Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien einer der größten Erfolge für Energiespeicheranwendungen des letzten Jahrhunderts. Lithium-Ionen-Batterien sind leicht, kompakt und bieten eine hervorragende Energie- und Leistungsdichte und dominieren den Markt für tragbare Elektronik, Hybrid- und Elektrofahrzeuge. „Angesichts der zunehmend steigenden Nachfrage nach Lithium und den in der Lithium-Technologie eingesetzten Rohstoffen wie Kobalt werden jedoch Bedenken hinsichtlich der zukünftigen und langfristigen Verfügbarkeit der kritischen Rohstoffe und der Kosten laut. In diesem Szenario stellen Natrium-Ionen-Batterien eine alternative, kostengünstige und umweltfreundlichere Energiespeichertechnologie dar“, sagt Professor Stefano Passerini, Direktor des HIU.

 Ein deutsches Konsortium wird eng zusammenarbeiten
um leistungsfähige
Flüssig- und Polymerelektrolyt-Natrium-
Ionen-Batterien für die Anwendung in der
Elektromobilität und stationäreren Energiespeicherung
zu realisieren. (Grafik: KIT)

Das Projekt TRANSITION konzentriert sich auf die Entwicklung leistungsfähiger, flüssiger und polymerer Natrium-Ionen-Batterien, die auf der Kathodenseite Übergangsmetallschichtoxide und auf der Anodenseite Hartkohlenstoff aus Biomasse verwenden. „Dies ist das erste vom BMBF geförderte deutsche Konsortium, das an der Entwicklung hochskalierter Natrium-Ionen-Batterien arbeitet und ein breites Spektrum an Herausforderungen von der Materialentwicklung bis zur Herstellung von Prototypenzellen abdeckt“, so Passerini. In dem Projekt wird sein Team einen innovativen, auf Biomasse basierenden Hartkohlenstoff in Kombination mit wässrigen Bindemitteln und Aluminium als Stromabnehmer entwickeln.

„Die Entwicklung von hochskalierten Prototypen der Natrium-Ionen-Batterien und das Erreichen der gewünschten Ziele stellen eine große Herausforderung dar, die sich nur in einem Netzwerk mit den komplementären Kompetenzen der Partner bewältigen lässt“, sagt Stefano Passerini. Das Team der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) koordiniert die Forschungsaktivitäten zur Entwicklung fortschrittlicher flüssiger und polymerer Elektrolyte, während das Team des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) die Entwicklung kobaltfreier Kathoden vorantreibt.

Das TRANSITION-Projekt

Die drei Partner des TRANSITION-Projekts werden gemeinsam an der Entwicklung leistungsfähiger Prototypen von Natrium-Ionen-Batterien arbeiten. Die internationale Wettbewerbsfähigkeit soll gestärkt werden und Deutschlands auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicherung eine führende Position verschaffen.

Das im Rahmenprogramm Batterien 2020 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt umfasst neben den drei wissenschaftlichen Partnern einen umfassenden Industriebeirat. Leiter der wissenschaftlichen Gruppen sind Professor Stefano Passerini (HIU), Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens vom Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW) und Professor Philipp Adelhelm von der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU).

Quelle: KIT