Natrium-Ionen-Batterien sind vielversprechend für eine nachhaltige und ressourcen-schonende Energiespeicherung. Natrium ist nicht nur kostengünstig und reichlich vorhanden, sondern auch sicher und einfach zu recyclen. Die wesentliche Herausforderung liegt jedoch in der Umsetzung dieser Technologie in industriell nutzbare und skalierbare Zellformate. Hier setzt das Projekt ENTISE (Entwicklung der Natrium-Ionen-Technologie für industriell skalierbare Energiespeicher) an, das von einem Konsortium aus 15 Arbeitsgruppen der 13 geförderten Unternehmen und Hochschulen vorangetrieben wird. Als Initiator und Koordinator fungiert der deutsche Batteriehersteller VARTA AG.
Das Projekt ENTISE wird vom Bundesministerium für Forschung und Bildung mit rund 7,5 Millionen Euro gefördert. Im Mai erfolgte die Bewilligung für das Projekt mit der Übergabe des Förderbescheids durch Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger. Mit einer Kick-Off Veranstaltung zum Projektstart bei VARTA hat die Forschergruppe nun ihre Arbeit offiziell aufgenommen.
Verbesserung der Speicherkapazität und Zyklenstabilität
Im Mittelpunkt von ENTISE steht die Weiterentwicklung bestehender Materialkonzepte und Prozesse. Technologisch soll insbesondere die Speicherkapazität von Kathode und Anode verbessert werden. Dazu müssen die eingesetzten Materialien einschließlich der verwendeten Elektrolyte optimiert werden. Darüber hinaus soll die Zyklenstabilität, also die Fähigkeit der Zellen, auch nach mehrmaligem Laden und Entladen eine stabile Leistung zu gewährleisten, durch die Entwicklung und den Einsatz neuer Materialien, optimierter Elektrodenmaterialien und Beschichtungen verbessert werden.
Ein zentraler Bestandteil des Projekts wird die Herstellung ausreichender Mengen der benötigten Materialien sein, um daraus einzelne belastbare Labormuster bis hin zu einem Prototyp im Rundzellendesign aufzubauen.
Vom Prototyp zu marktreifen Zellen für Elektrofahrzeuge oder Heimspeicheranlagen
In der Zusammenarbeit zwischen den Industrie- und Forschungspartnern erfolgt dann in der letzten Projektphase die Hochskalierung der Einzelkomponenten und der Transfer vom Labor in den vorindustriellen Bereich (Pilotierung). Das Endprodukt dieser Hochskalierung wird eine Kleinserie von Rundzellen sein, die eine belastbare Eigenschaftsbewertung in praxisrelevanten Einsatzszenarien wie z.B. Elektrofahrzeugen und stationären Energiespeichern ermöglicht. Eine begleitende technisch-ökonomische und ökologische Bewertung rundet das Projekt ab.
Förderprojekt im Rahmen des BMBF „Batterie 2020 Transfer“ – Programms
Förderkennzeichen: 03XP0579A-L
Laufzeit: 01.06.2024 – 30.05.2027
Projektpartner: VARTA Microbattery GmbH; VARTA Storage GmbH; Karlsruher Institut für Technologie / Helmholtz Institut Ulm; Humboldt-Universität zu Berlin; Universität Freiburg / Freiburger Materialforschungszentrum; Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg; Justus-Liebig-Universität Gießen (Institut für Nanotechnology, Battery and Electrochemistry Laboratory); Forschungszentrum Jülich; EurA AG; E-Lyte Innovations GmbH; IBU-tec advanced materials AG; Karlsruher Institut für Technologie (Institute for Applied Materials - Energy Storage Systems); Ein nicht namentlich genannter Zellhersteller, mit Bezug zur Automobilbranche
Pressekontakt für Rückfragen
Interim-Pressesprecher
VARTA AG
Dirk Schmitt
+49 170 302 8833
d.schmitt@rosenbergsc.com
Vorstellung der Projektpartner
Battery and Electrochemistry Laboratory
BELLA (Battery and Electrochemistry Laboratory), das zu gleichen Teilen vom KIT und der BASF SE finanziert wird und zum Institut für Nanotechnologie (INT) gehört, verbindet Grundlagenforschung mit anwendungsorientierten Projekten zu Materialien und Zellkomponenten für Batterien der nächsten Generation. Die Ausstattung des Labors ermöglicht eine Vielzahl von synthetischen Arbeiten, die elektrochemische Charakterisierung von Elektroden- und Elektrolytmaterialien sowie die Untersuchung von Zelleigenschaften.
E-Lyte Innovations GmbH
Die E-Lyte Innovations GmbH wurde im Mai 2019 gegründet und hat sich seitdem zu einem international agierenden Unternehmen entwickelt. E-Lyte ist ein Full-Service-Partner für die Entwicklung und Produktion von maßgeschneiderten Hochleistungselektrolyten für Energiespeichertechnologien wie Lithium-Ionen-Batterien, Natrium-Ionen-Batterien und Superkondensatoren, die eine optimale Leistung für eine breite Vielzahl von Anwendungen ermöglichen. Die Marke „E-Lyte“ ist zum Synonym für die innovativsten und hochwertigsten Elektrolyte „made in Germany“ für den Energiespeichermarkt geworden.
EurA AG
Die EurA AG ist ein internationales Beratungsunternehmen für Innovation und Technologie mit einem umfangreichen Know-how im Bereich Fördermittel. Die Beraterinnen und Berater unterstützen Unternehmen aller Größenordnungen, Forschungseinrichtungen und Kommunen darin, technische Innovationen zu ermöglichen. EurA begleitet die Marktführer von morgen dabei, Ideen für Innovationen zu generieren, neue Produkte und Dienstleistungen zu entwickeln und diese international zu vermarkten. Bei Forschungs- und Entwicklungsprojekten in zahlreichen Technologiefeldern bewerten die Expertinnen und Experten unter anderem die ökologische, ökonomische und soziale Nachhaltigkeit der Ansätze. Der Hauptsitz der EurA AG befindet sich seit der Firmengründung 1999 in Ellwangen und stellt mit Standorten in ganz Deutschland sowie in Portugal, Belgien und Bulgarien Kundennähe sicher.
Freiburger Materialforschungszentrum
Das Freiburger Materialforschungszentrum (FMF) ist eine zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. Als Ressourcen- und Ideenzentrum betreibt das FMF seit 1989 erfolgreich disziplinübergreifende angewandte Materialforschung, sei es im Bereich der angewandten Grundlagenforschung bis hin zu Kooperation- und Auftragsforschung in enger Zusammenarbeit mit der Industrie. Die Mitglieder des FMFs sind hierbei in unterschiedlichen Bereichen der Materialforschung aktiv, u.a. im Bereich der elektrochemischen Energiespeicherung.
Die Arbeitsgruppe von Prof. Anna Fischer befasst sich seit über 15 Jahren mit nanostrukturierten Materialien für die elektrochemische Energiekonversion und Speicherung. Ein Schwerpunkt liegt u.a. auf der Entwicklung von maßgeschneiderten Kohlenstoffmaterialien für Lithium- und Natrium-Ionen Batterien. Expertise im Bereich der multiskalen Material- und Elektrodencharakterisierung wird hierbei zur Aufklärung von Struktur-Funktionskorrelationen eingesetzt.
Die Arbeitsgruppe von Prof. Ingo Krossing hat 20 Jahre Expertise in der Synthese und Untersuchung von Elektrolyt-Salzen und Additiven sowie Ionischen Flüssigkeiten (ILs) inkl. PFGSE-NMR, elektrochemische Charakterisierung und Testung in symmetrischen, Halb- und Vollzellen. Die Arbeitsgruppe untersucht Batterie-Elektrolyte sowie die Modifikation von Grenzflächen an aktiven Batteriematerialien, z.B. durch Additive. Am FMF kombinieren die Arbeitsgruppen ihre Expertisen im FMF Batteriemateriallabor.
Humboldt-Universität zu Berlin
Prof. Adelhelm ist an der Humboldt-Universität zu Berlin im Bereich der physikalischen Chemie tätig und leitet die Forschungsgruppe „Operando Battery Analyse“ am Helmholtz-Zentrum Berlin. Seit über 12 Jahren forscht er intensiv zu Natrium-Ionen-Batterien, mit einem Schwerpunkt auf der Synthese und Charakterisierung von Elektrodenmaterialien, insbesondere Schichtoxiden. Darüber hinaus werden in seiner Gruppe auch Lithium-Ionen-Batterien und alternative Zellkonzepte wie Metall-, Schwefel- und Feststoffbatterien untersucht.
Institut für Angewandte Materialien - Energiespeichersysteme / Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Das IAM-ESS beschäftigt sich mit Batterien und Post-Lithium Systemen, sowie der Aufklärung der bei der Energiespeicherung ablaufenden Prozesse, der Herstellung und Testung von Elektroden und vollständiger Zellen. Ein starker Forschungsschwerpunkt des IAM-ESS liegt auf dem Gebiet des Batterierecycling. Eine Arbeitsgruppe widmet sich insbesondere der Erforschung und Optimierung eines mechanochemisch induzierten Recyclingprozesses. Prof. Helmut Ehrenberg ist Institutsleiter des IAM-ESS und Professor für „Materialforschung für neuartige Energiespeichersysteme“ am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Zudem ist er Sprecher des Exzellenzclusters „Energy Storage Beyond Lithium“ (POLiS) und Sprecher für das Topic „Electrochemical Energy Storage“ des Helmholtz Programms „Materials and Technologies for the Energy Transition“.
VARTA AG
Die VARTA AG produziert und vertreibt ein umfassendes Batterieportfolio von Mikrobatterien, Hörgerätebatterien, Haushaltsbatterien, Energiespeichersystemen bis hin zu kundenspezifischen Batterielösungen für eine Vielzahl von Anwendungen und setzt als Technologieführer in wichtigen Bereichen die Industriestandards. Mit fast 140 Jahren Erfahrung in der Batterietechnologie und durch intensive Forschung und Entwicklung setzt VARTA in vielen Bereichen der Lithium-Ionen-Technologie und bei Mikrobatterien weltweit Maßstäbe und ist heute anerkannter Innovationsführer in den wichtigen Wachstumsmärkten der Lithium-Ionen-Technologie sowie bei Primärbatterien für Hörgeräte. Der VARTA AG Konzern beschäftigt derzeit rund 4.000 Mitarbeiter. Mit fünf Produktions- und Fertigungsstätten in Europa und Asien sowie Vertriebszentren in Asien, Europa und den USA sind die operativen Tochtergesellschaften der VARTA AG derzeit in über 100 Ländern weltweit tätig. Die Tochtergesellschaften VARTA Microbattery GmbH (Initiator und Projektkoordinator) und VARTA Storage GmbH befassen sich im Zuge dieses Projektes mit der Evaluation am Markt verfügbarer Materialien sowie für die Herstellung von Referenz- und Prototypzellen, bzw. mit einem Zellbenchmarking, sowie die Use-Case Prüfung für stationäre Speicheranwendungen.
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung in den großen Themen der Energiewende: Photovoltaik, Windenergie, Batterien, Brennstoffzellen, Elektrolyse, eFuels, Circular Economy, Politikberatung sowie die Nutzung von KI zur Prozess- und Systemoptimierung. Gemeinsam mit der Industrie ebnen wir neuen Technologien den Weg in den Markt. An den ZSW-Standorten Stuttgart und Ulm arbeiten dafür rund 340 Kolleginnen und Kollegen sowie rund 100 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte. Seit 2014 steht am ZSW in Ulm eine Forschungsproduktionslinie zur Herstellung großer Lithium-Ionen-Zellen bis 100 Ah zur Verfügung, die innovative Produktionsverfahren und Prototypenentwicklung vorantreibt. Mit der neuen Pilotanlage „Powder-Up!“, die Ende 2024 startet, setzt das ZSW Maßstäbe in der Entwicklung und Hochskalierung von Kathodenmaterialien, indem die industrielle Herstellung und Prüfung in Mengen bis zu 100 Kilogramm möglich wird. Das ZSW ist auch Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW), einem Bündnis aus zehn wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen.