3D-gedruckte Natriumionenbatterien bis 2025

Werkstoffe 07. 06. 2022
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Konsortium plant serienreife Produktion von Festkörperbatterien

Sicherer, kostengünstiger, nachhaltiger und flexibler bei gesteigerter Leistungsfähigkeit – das sind die Attribute einer neuen Generation von Batterien: Festkörperbatterien, die auf Natrium statt auf Lithium setzen und durch 3D-Druck-Verfahren eine Produktion von variablen Volumen und Geometrien ermöglichen. Die Technische Universität Braunschweig ist Teil eines deutschen Industrie- und Forschungskonsortiums, das innerhalb der nächsten drei Jahre die bisher validierten Laborergebnisse der 3D-gedruckten Festkörperbatterien zur Serienreife führen soll.

Das chemische System der Natriumionenbatterien ist in Teilen mit Lithiumionenzellen vergleichbar. Ein wesentlicher Vorteil von Natriumbatterien ist, dass Rohstoffe bei vergleichbarer Technologie deutlich einfacher und umweltschonender zu gewinnen sind. Die Verfügbarkeit von Natrium ist gegenüber Lithium um ein Vielfaches höher und der Preis deutlich niedriger. Außerdem muss der Rohstoff nicht wie Lithium aus dem außer­europäischen Ausland importiert werden.

Der Aufbau einer ­Festkörperbatteriezelle erhöht zudem nicht nur die Energiedichte, sondern führt gleichzeitig zu einer ­Verbesserung von vielen Sicherheitsaspekten der ­Batterie. Die Prototypenproduktion von Natriumbatterien wird dabei so ausgelegt, dass unterschiedlichste Aktivmaterialien zur Anwendung kommen können. Produktspezifische Anpassungen der Batterie auf Zellebene können somit schnell und kostengünstig erfolgen. Das Druckverfahren spielt dabei eine entscheidende Rolle und erlaubt neben der geometrischen Anpassung eine volumetrische Optimierung.

Das Institut für Partikeltechnik (iPAT) der TU Braunschweig übernimmt zwei Aufgaben in dem von der Blackstone Technology GmbH geleiteten Projekt. Zum einen entwickeln die Forschenden den Prozess der skalierbaren Pastenherstellung aus den Ausgangsmaterialien mittels Extrusion. Hierzu unterstützen wir Blackstone entsprechend bei der Umsetzung in der Produktion. Zum anderen führen wir Sicherheitstests und konzeptuelle Versuche zum Recycling durch, sagt Dr. Peter Michalowski, Bereichsleiter Batterieverfahrenstechnik am iPAT.

Test im Realbetrieb

Die im Rahmen des Projekts produzierten 3D-gedruckten Festkörperbatterien ­werden in einem Elektrobus der Berliner Firma Eurabus verbaut, um ihre Leistungsfähigkeit im Realbetrieb nachzuweisen. Das Unternehmen Zeiss bringt seine umfangreichen Kompetenzen in der Messtechnik und Mikroskopie ein. Die Fraunhofer-Institute für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung (IFAM), für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) und für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) sowie der Bereich Batterieverfahrenstechnik am iPAT der TU Braunschweig werden an Prozessvalidierungen, Prozessentwicklungen, Recycling, Sicherheit und ökonomisch-ökologische Lebenswegbewertung arbeiten.

Projektdaten

Das Vorhaben 3DPrintBatt – ­Nachhaltige, flexible additive Fertigungstechnologie für Natrium-Ionen-Festkörperbatterien wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz mit rund 24 Millionen Euro gefördert. Das Projekt startete am 1. März ٢٠22 und endet am 29. Februar 2025.

Kontakt:

Peter Michalowski, Technische Universität Braunschweig, Institut für Partikeltechnik,
E-Mail: p.michalowski@tu-bs.de

Text zum Titelbild: Batteriezell-Untersuchungskammer: Hier finden mechanische Sicherheitsuntersuchungen von Lithiumionenbatteriezellen mit simultaner Gasanalytik statt. So kann das Gefährdungspotential verschiedener Materialen festgestellt werden (Bild: Marisol Glasserman/TU Braunschweig

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