PRONTO – Produktion von Natrium-Ionen-Batterien in Baden-Württemberg

Mittels Lithium-Ionen-Batterien (LIB) konnte in den letzten Jahren die Elektrifizierung verschiedener Marktbereiche vorangetrieben werden. Neben sozioökonomischen und ökologischen Problemfeldern treten allerdings auch Lieferkettenprobleme beispielsweise mit den Rohstoffen Lithium und Kobalt in den Vordergrund. Die Natrium-Ionen-Batterietechnologie (NIB) hingegen ermöglicht den Verzicht auf kritische Rohstoffe und kann in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eine Alternative darstellen.

Im Projekt PRONTO sollen optimierte Aktivmaterialien, leistungsfähige Batteriezellarchitekturen und skalierbare Produktionsprozesse für NIB entwickelt werden, die eine Batteriezellproduktion in Baden-Württemberg erlauben. Das Konsortium besteht aus dem Fraunhofer ISE, dem Karlsruher Institute für Technologie (KIT) und der Universität Stuttgart und wird begleitet von assoziierten Industriepartnern.

Natrium-Ionen-Batterien (NIB) sind aufgrund ihrer niedrigen Rohmaterialkosten, gutenTemperaturstabilität und verbesserten (Schnell-)Ladefähigkeit in den Fokus aktueller Forschung gerückt. Die inhärent etwas niedrigere Energiedichte der Zellchemie kann durch eine vereinfachte Systemintegration teilweise ausgeglichen werden. Bisherige Ansätze bauen dabei größtenteils auf lösungsmittelbasierten Rakelbeschichtungsverfahren aus dem LIB-Bereich auf, welche jedoch mit hohen Kosten für die Trocknung, das Kalandrieren der Elektroden und die Rückgewinnung der kritischen, teils toxischen Lösungsmittel einher gehen.

Basierend auf Vorerfahrungen des Fraunhofer ISE soll in diesem Projekt ein innovatives undskalierbares Trockenbeschichtungsverfahren für die Herstellung der Elektroden verwendet werden, wodurch deutliche Vorteile bei den Kosten, der Umweltbilanz und der Prozessintegration entstehen. Weiterhin senkt die angedachte Zellarchitektur im großformatigen Bipolaraufbau Kosten und verbessert die Modularität und Recyclingfähigkeit der Zellen.

Gleichzeitig sind bei NIB weiterhin Forschungen im Bereich der Zellchemie und ihrer Modellierung erforderlich. Das KIT bringt dabei seine umfangreichen Kompetenzen in der Batterieforschung in die Materialentwicklung von Anoden- und Kathodenaktivmaterialien, Elektrolyten und deren Synthese ein. Die Universität Stuttgart steuert die Modellierung der NIB bei und ermittelt dadurch Designparameter, die anwendungsspezifisch für eine bestmögliche Performanz der Zellen sorgen.

Das Fraunhofer ISE koordiniert das Projekt und entwickelt die Prozesstechnologie für die Herstellung von NIB. Dabei werden sowohl kleine Versuchszellen für Materialtests als auch großformatigeanwendungsnahe Zellformate durch Trockenprozessierung realisiert, wobei auf die vom KIT entwickelten Materialien und die Modellierungen der Universität Stuttgart zurückgegriffen wird. Darauf basierend erfolgt am ISE eine Gesamtkonzeption einer späteren Produktionslinie und eine techno-ökonomische Bewertung.

Als assoziierte Projektmitglieder beraten projektbegleitend die Firmen Helmut Hechinger GmbH, acp Systems AG, Maschinenfabrik Gustav Eirich GmbH & Co. KG und Exyte Technology GmbH bei der industrienahen Umsetzung des Forschungsvorhabens.