Nachhaltige Energiespeicher für erneuerbare Energien

Das Kleinkraftwerk am Balkon boomt. Doch wohin mit dem erzeugten Strom, wenn im Haushalt gerade nichts verbraucht wird? Hier kommen wiederaufladbare stationäre Energiespeicher ins Spiel. Dual-Ionen-Batterien (DIB) kommen ohne schädliche Metalle aus und bestehen aus Materialien, die in Deutschland verfügbar sind. Diese neuartige Technologie verspricht geringere Kosten, Sicherheit, Unabhängigkeit sowie Nachhaltigkeit.

Die Dual-Ionen-Batterie (DIB) ist eine recht junge Entwicklung, die auf Graphit-Kathoden basiert. Durch den Einsatz von Graphit kann auf kritische Materialien, wie Kobalt oder Nickel, verzichtet werden. Der DIB-Ansatz überzeugt mit langer Lebensdauer, hoher Energiedichte, niedrigen Kosten und unproblematischem Rohstoffeinsatz. Bisherige Untersuchungen fokussierten die Materialebene und die Herstellung von Laborzellen. Pouchzellen und andere industrierelevante Zellformate blieben bisher weitgehend unbetrachtet. Gleiches gilt für die Skalierung in den Pilotmaßstab.

Transfer in die Industrie als großes Ziel

Im Projekt TransDIB ("Entwicklung und Transfer von kosteneffizienten, nachhaltigen und sicheren Dual-Ionen-Batterien für stationäre Energiespeicherlösungen") soll nun der Industrietransfer dieser Batteriezellentechnologie erfolgen. Dafür wollen die Projektpartner Prototypen auf einer Lithium-Ionen-Batterie (LIB)-Pilotanlage herstellen. Darauf aufbauend soll dann die Planung der industriellen Zellproduktion für DIBs erfolgen, so dass am Ende Graphit-Elektroden großflächig im Rolle-zu-Rolle-Verfahren hergestellt werden können. Dafür arbeiten im Projekt Partner aus Industrie (VARTA Microbattery GmbH, SGL Carbon GmbH, E-LYTE Innovations GmbH, Sixonia Tech GmbH) und Forschung (Technische Universität Dresden, Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS, Westfälische Wilhelms-Universität Münster) Hand in Hand.

Qualifizierung neuer Materialien

Zur Erreichung der Ziele müssen auch grundlegende Aspekte der DIB-Technologie weiterentwickelt werden. Das betrifft vor allem Materialentwicklungen für hochkonzentrierte Elektrolytformulierungen und neue graphitische Elektrodenmaterialien. Damit soll die Kapazität von Kathoden und Anoden zu erhöht, Elektroden-Slurrys auf Wasserbasis entwickelt oder Energiedichten der Zellen gesteigert werden.

Vorteile der DIB

Bei einer DIB wirkt der Elektrolyt als Aktivmaterial, da in diesem sowohl Anionen als auch Kationen gleichzeitig in der Anode bzw. Kathode gespeichert und freigesetzt werden. Da der Weg der Ionen so nur halb so lang wie in klassischen Lithium-Ionen-Batterien ist, gestaltet sich der Lade- und Entladevorgang entsprechend schneller. Der Einsatz von Graphit bringt aber noch weitere Vorteile mit sich. So können die Kathoden aus wässrigen Formulierungen hergestellt werden. Dies ist nicht nur nachhaltig, sondern auch preiswerter als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Zudem sind die Batterien sehr sicher, da in den Elektroden kein Sauerstoff eingesetzt werden muss und die Graphitelektroden selbst bei hohen Laderaten stabil bleiben. Nicht zuletzt können DIB-Zellen vollständig aus Materialien hergestellt werden, die in Deutschland verfügbar sind. Das fördert die deutsche Technologieführerschaft und führt zur Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffquellen.

Vielversprechende Anwendungen

Stationäre Energiespeicher werden vor allem für die Zwischenspeicherung von grünem Strom aus erneuerbaren Energiequellen, wie Sonne und Wind, verwendet. Im Vergleich zu aktuellen Speichertechnologien (z. B. Pumpspeicherkraftwerke) zeichnen sich stationäre Batterien durch einen geringeren Flächenverbrauch aus. Das reduziert die Investitionskosten. Da sie zudem modular gestaltet sind, können diese Speicher leicht skaliert werden und sind so für gewerbliche Anwendungen genauso geeignet wie für Haushaltsnetzanwendungen.

Projekt TransDIB

Das Projekt "Entwicklung und Transfer von kosteneffizienten, nachhaltigen und sicheren Dual-Ionen-Batterien für stationäre Energiespeicherlösungen – TransDIB" läuft vom Februar 2023 bis Januar 2026. Es wird innerhalb der Richtlinie "Batteriematerialien für zukünftige elektromobile, stationäre und weitere industrierelevante Anwendungen (Batterie 2020 Transfer)" vom Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 2,3 Millionen Euro gefördert.

Projektkonsortium:

  • VARTA Microbattery GmbH (Projektkoordinator)
  • SGL Carbon GmbH
  • E-LYTE Innovations GmbH
  • Sixonia Tech GmbH
  • Technische Universität Dresden (TUD)
  • Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
  • Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Pressekontakt

VARTA AG
News & Presse

VARTA-Platz 1
73479 Ellwangen

Telefon: +49 (7961) 921 – 0


Über die VARTA AG in Ellwangen

Die VARTA AG produziert und vermarktet ein umfassendes Batterie-Portfolio - von Mikrobatterien über Haushaltsbatterien und Energiespeichersystemen bis hin zu kundenspezifischen Batterielösungen für eine Vielzahl von industriellen und kommerziellen Anwendungen. Durch intensive Forschung und Entwicklung setzt die VARTA AG weltweit Maßstäbe in der Lithium-Ionen-Technologie und bei Mikrobatterien und gilt als anerkannter Innovationsführer in wichtigen Wachstumsmärkten, insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen und primären Hörgerätebatterien. Mit über 3.500 Mitarbeitenden, fünf Produktions- und Fertigungsstätten in Europa und Asien sowie Vertriebsstandorten in Europa, Asien und den USA sind die operativen Gesellschaften der VARTA AG heute in mehr als 100 Ländern aktiv.
Auf Basis jahrelanger technologischer Erfahrung verfügt die VARTA AG über umfassende Kompetenz entlang des gesamten Entwicklungs- und Produktionsprozesses von Batterielösungen. Die VARTA AG ist in der Lage, nahezu jede kunden- oder anwendungsspezifische Batteriearchitektur zu entwickeln und fungiert bereits in frühen Engineering- und Designphasen als starker Sparringspartner für Industrie, Mittelstand und OEMs. Neben dieser tiefen Entwicklungs- und Integrationskompetenz beherrscht die VARTA AG die skalierbare industrielle Serienproduktion anspruchsvoller Batterielösungen und verbindet damit technologische Innovation mit hoher Fertigungstiefe und globaler Lieferfähigkeit.