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Schnelles Aufladen: Neues Material gibt Lithium-Ionen Batterien mehr Power

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Essen- In Lithium-Ionen Batterien wird bisher Graphit als Anodenmaterial eingesetzt. Doch dessen Leistungsfähigkeit ist begrenzt. Forscher setzen auf neue Anoden-Materialien, die spätestens 2023 marktreif sein sollen.

Das Center for Nanointegration (Cenide) der Uni Duisburg-Essen (UDE) und die auf Spezialchemie und Hochleistungsmaterialien spezialisierte Evonik wollen mit einem neuen Anodenmaterial, bestehend aus Kohlenstoff und Silizium, die Herstellung leistungsstärkerer Lithium-Ionen Batterien ermöglichen.

Graphit-Anode begrenzt schnelles Aufladen von Lithium-Ionen Batterien
Bisher wird Graphit als Anodenmaterial in Lithium-Ionen Batterien eingesetzt, doch dessen Kapazität und Fähigkeit zum schnellen Laden sind weitestgehend ausgereizt. Eine vielversprechende Alternative haben UDE und Evonik in den Syntheseanlagen des NanoEnergieTechnikZentrums (NETZ) am Campus Duisburg hergestellt. Das neue Komposit aus Kohlenstoff und Silizium hat eine viel höhere Kapazität bei gleichem Volumen, zudem ist es langzeitstabil und schnell zu laden. „Kein Projektpartner kennt etwas Vergleichbares“, so Prof. Dr. Hartmut Wiggers, Experte für die Gasphasensynthese von Nanomaterialien. Die von der Fachwelt geforderte Kapazität von 1,5 Ah/g erreicht es problemlos.

Übertragung vom Labor- zum Industriemaßstab
Die im Labor bereits etablierten Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse müssen im nächsten Schritt auf die erheblich größeren Dimensionen der industriellen Fertigung übertragen werden. Neben der Arbeitsgruppe Wiggers arbeiten daran auch die Forscher um Prof. Doris Segets und Prof. Andreas Kempf: Es geht um optimale Prozesstechnik, Partikelcharakterisierung und den Bau von Anlagen in der richtigen Größe und Form auf Basis von Modellsimulationen. Ebenfalls genau unter die Lupe genommen wird der nächste Schritt, in dem die hergestellten Partikel zu Pasten verarbeitet und als Anodenmaterial auf Kupferfolie gedruckt werden.

Die Evonik Industries AG nutzt die Strömungsmodelle sowie die Experimente der UDE-Experten für die eigene Pilotanlage im Industriemaßstab. „Unser erstes Ziel ist, die richtige Zusammensetzung und Form der Partikel auch im industriellen Maßstab zu gewährleisten. So können wir unseren Kunden dann maßgeschneiderte Lösungen anbieten“, erklärt Dr. Julia Lyubina, die zuständige Projektmanagerin bei Evonik.

BMWi fördert das Batterie-Projekt mit 2,3 Mio. Euro - Marktreife ab 2023
Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) fördert das Verbundprojekt „HOSALIB – Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien“ für drei Jahre mit insgesamt 2,3 Mio. Euro.

© IWR, 2020


23.10.2020

 



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