Die zügige industrielle Umsetzung von Natrium-Ionen-Batterietechnologien für die europäische Energie- und Mobilitätswende ist eines der zentralen Ziele des Projekts „SIB:DE Forschung“. In dem vom Bundesforschungsministerium (BMBF) geförderten Vorhaben bündeln 21 nationale Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft ihre Expertise von der Batteriematerialentwicklung bis zur Fertigung großformatiger Zellen, um einen schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die praktische Anwendung zu ermöglichen. Das berichtet das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, das an dem Projekt beteiligt ist.
Batteriezellen gelten als unverzichtbarer Bestandteil der von der Europäischen Union bis 2030 beschlossenen Mobilitätswende. „Sie spielen zudem eine entscheidende Rolle bei der Integration großer Mengen erneuerbaren Stroms ins Netz und sind unerlässlich für eine unterbrechungsfreie Stromversorgung beim Aufbau von 5G-Telekommunikationsstationen“, heißt es.
Derzeit sind Lithium-Ionen-Batterien die am häufigsten verwendeten Energiespeicher. Die Rohstoffabhängigkeit und -knappheit stellt jedoch eine erhebliche Herausforderung für den Lithium-Ionen-Batteriemarkt dar. Sowohl für mobile als auch für stationäre Energiespeicher werden daher dringend vergleichbare Alternativen gesucht. Natrium gilt als ein besonders unkritischer Rohstoff, ist gut verfügbar, preiswert und wird als sehr sicher eingestuft. Natrium-Ionen-Batterien könnten somit eine Schlüsselrolle spielen, um eine stabile und nachhaltige europäische Energieversorgung sicherzustellen.
Langzeitstabilität und hohe Energiedichte als Entwicklungsziel
Beim Einsatz alternativer Rohstoffe sei es wichtig, sowohl die Langzeitstabilität als auch die praktische Nutzung der theoretischen Energiedichten der Materialien und Zellen der Natrium-Ionen-Technologie im Vergleich zu herkömmlichen Entwicklungen zu optimieren, um die erforderliche Leistungsfähigkeit zu gewährleisten, betont das Fraunhofer IFAM. Trotz ähnlicher elektrischer Eigenschaften könnten Lithium und Natrium nicht einfach ausgetauscht werden. Chemische Unterschiede zwischen diesen Elementen führten aktuell zu technischen Herausforderungen, die eine schnellere Alterung der Natrium-Batterien zur Folge haben und deren Leistung beeinträchtigen.
Das SIB:DE Forschung-Projekt hat vor diesem Hintergrund insbesondere zum Ziel, SIB-Aktivmaterialien zu identifizieren, die skalierbar hergestellt werden können und eine wettbewerbsfähige Zell-Performance bieten. Zudem ist die Entwicklung von SIB-Zelldemonstratoren und die Evaluierung der Drop-in-Fähigkeit der Technologie, die eine Integration in bestehende Produktionsprozesse der Lithium-Ionen-Technologie ermöglicht, von besonderer Bedeutung. Dadurch werde der Übergang zu neuen Technologien erleichtert und die Produktionskosten sowie die Entwicklungszeit könnten reduziert werden. Um die Ergebnisse zu evaluieren, wird eine Bewertungsmatrix erstellt, die technologische, wirtschaftliche und ökologische Faktoren für verschiedene Materialsysteme und Prozesse berücksichtigt.
Das Projektkonsortium besteht aus sieben Industriepartnern und 14 akademischen Partnern, sowie einem erweiterten Kreis von derzeit 42 assoziierten Partnern aus Wissenschaft und Wirtschaft. Es sei damit das größte Konsortium innerhalb Deutschlands zu diesem Thema. Die Koordination des Gesamtprojekts übernimmt die BASF. Nur durch die enge Verzahnung der Kompetenzen aus Wissenschaft und Industrie könne ein schneller Transfer der Forschungsergebnisse in die industrielle Skalierung gelingen und eine Marktdurchdringung der Natrium-Ionen-Technologie ermöglicht werden, heißt es.
Schneller Transfer in industrielle Skalierung: BASF übernimmt Projektkoordination
Während die akademischen Partner an den materialwissenschaftlichen und zelltechnischen Themen arbeiten, konzentrieren sich die Industriepartner auf die Skalierung der Materialien und der industrienahen Zellformate. Am Ende der Projektlaufzeit ergeben die Arbeiten eine Empfehlung zur Umsetzbarkeit eines industrialisierbaren Prozesses. Diese Ergebnisse sollen anschließend als direkte Schnittstelle zu den Produktionsthemen und Industrieformaten fungieren, die im geplanten Folgeprojekt zur Produktionsforschung „SIB:DE Entwicklung“ angestrebt werden. Das übergeordnete Ziel des Gesamtvorhabens ist der Aufbau eines umfassenden Ökosystems für die Produktion von Natrium-Ionen-Batterien.