BMW koordiniert Forschungsverbund für sichere Feststoffbatterien

© Xilai Xue, KIT

Ulm - Festkörperbatterien sind eine echte Alternative zu herkömmlichen Lithiumbatterien und können Elektroautos zu größeren Reichweiten verhelfen. In einem neuen Forschungsprojekt arbeiten Industrie und Forschung branchen- und disziplinübergreifend zusammen, um die Sicherheit und Energiedichte von Festkörperbatterien zu erhöhen.

Feststoffbatterien können die Elektromobilität voranbringen. Im neuen anwendungsorientierten Projekt Alano befassen sich Partner aus Industrie und Forschung unter der Koordination der BMW AG mit Lithium-Batterien der nächsten Generation mit Lithiummetall als Anodenmaterial und einem festen Elektrolyt. Die Entwicklung verspricht bei hoher Sicherheit eine höhere Energiedichte und damit eine größere Reichweite. Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU), das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Ulm gegründet wurde, ist an dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Vorhaben beteiligt.

Projektziel: Steigerung der Energiedichte und Reichweite von Feststoffbatterie bei hoher Sicherheit
Forschung und Automobilindustrie setzen im Zuge des Ausbaus der Elektromobilität seit einiger Zeit verstärkt auf Feststoffbatterien. Bei dieser Bauform bestehen sowohl die Elektroden als auch der Elektrolyt aus festen Materialien. Besonders der feste Elektrolyt verspricht Sicherheitsvorteile, da er schwer entflammbar ist und nicht auslaufen kann. Im neuen Verbundprojekt Alano (Alternative Anodenkonzepte für sichere Feststoffbatterien) mit Partnern aus Forschung und Industrie stehen Lithium-Batterien der nächsten Generation mit einer Lithiummetall-Anode als zentraler Komponente im Fokus. Lithiummetall als Anodenmaterial besitzt das Potenzial, die Energiedichte auf Zellebene erheblich zu steigern und damit die Reichweite von Elektroautos deutlich zu verlängern.

Im Rahmen des Projektes sollen dazu unterschiedliche auf Lithiummetall basierende innovative Anodenkonzepte für Feststoffbatterien evaluiert werden. Von zentraler Bedeutung ist dabei die Optimierung von Reaktivität, Sicherheit und Leistungsfähigkeit der Anode und ihre Integration in einer robusten Zelleinheit mit hoher Energiedichte. Dabei ist die Kombination mit einem festen Elektrolyten entscheidend, da diese weniger reaktiv sind und damit die Möglichkeit eröffnen, kinetisch stabile Grenzflächen auszubilden. Dadurch wird erstens die Sicherheit verbessert und zweitens duie Robustheit der Zellen erhöht, wodurch auch die Handhabung, Kühlung und Systemintegration leichter werden, so Dr. Dominic Bresser, Leiter der Forschungsgruppe Elektrochemische Energiespeichermaterialien am HIU. So lassen sich die Kosten auf Zell-, Modul- und Systemebene senken. Zugleich steigt die Lebensdauer der Zellen, was zur Nachhaltigkeit beiträgt.

Projekt Alano: Forschung und Entwicklung entlang der gesamten Wertschöpfungskette
Das Projekt Alano deckt die gesamte Wertschöpfungskette von Feststoffbatterien mit Lithiummetall als Anodenmaterial ab, angefangen bei der Auswahl der Materialien über die Herstellung der Komponenten, die Verarbeitung zu Zellen, die Skalierung der Batterien für den Einsatz in Fahrzeugen und andere Anwendungen. Durch die Adressierung des Recycling-Themas schließt sich der Kreis.

Koordinator des Konsortiums ist die BMW AG. Zu den weiteren Industriepartnern gehören die Applied Materials GmbH, die Arlanxeo GmbH, die Daikin Chemical Europe GmbH, die Rena Technologies GmbH und die Varta Microbattery GmbH. Als Partner aus der Forschung sind neben dem HIU das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM, das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, das Forschungszentrum Jülich (FZJ), das Batterieforschungszentrum Münster Electrochemical Energy Technology (MEET) der Uni Münster, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) und die Universität Gießen beteiligt. Als assoziierter Partner wirkt die BASF SE mit.

Der Startschuss für das Projekt Alano ist im September 2021 gefallen. Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt. Das BMBF fördert Alano im Bereich „Batterie 2020 Transfer“.