Unter der Leitung der Empa konnten in einem vierjährigen Projekt Batterien für Elektroautos deutlich verbessert werden.
Elf Teams aus Forschung und Technik beteiligten sich am EU-Horizon 2020-Projekt «SeNSE». «Eines der Hauptziele des Projekts war die Skalierung der neuen Materialien und Technologien, sodass sie so schnell wie möglich auf den Markt gelangen können.» Um Elektroautos erfolgreich am Markt zu etablieren, braucht es bessere Batterien, die schneller geladen werden können und die eine grössere Reichweite ermöglichen. Das Empa-Labor um Corsin Battaglia war zurzeit der Ausschreibung noch kaum bekannt im Bereich Batterieforschung. Es gelang ihnen, Institutionen und Industriefirmen aus der ganzen Welt zu begeistern und den Auftrag zu erhalten.
Batterie der nächsten Generation
Man setzte sich bewusst das Ziel, Lithium-Ionen-Batterien der nächsten – nicht übernächsten – Generation zu entwickeln. Die entwickelten Materialien und Technologien sollten möglichst rasch einsatzfähig sein. Das Empa-Labor forscht auch an wesentlich besseren Akkus. Bis zur industriellen Herstellung dauert es aber noch einige Jahre länger. In der vierjährigen Entwicklungszeit durchliefen die Forscher die gesamte Wertschöpfungskette der Batterieherstellung. Die neuen Zellen haben etwa die Grösse eines Smartphones. Sie werden in für Elektroautos passende Module eingebaut.
Motorenforschung AG
Die SeNSE-Module bieten wesentliche Vorteile im Vergleich zu den heutigen Akkus. Durch höhere Energiedichte, bessere Umweltbilanz, Schnellladefähigkeit und erhöhte Brandsicherheit sind sie wirtschaftlicher. Alle Komponenten wurden weiterentwickelt. Es wird nur die Hälfte Kobalt benötigt. Es wurde ein Teil des Graphits durch Silizium ersetzt und der Elektrolyt verbessert.
«Wir konnten die Brennbarkeit durch bestimmte Zusätze stark reduzieren, ohne dabei die Leitfähigkeit zu beeinträchtigen, die für schnelles Laden und Entladen zentral ist.» Sensoren überwachen die Batterietemperatur und so kann die Batterie so schnell geladen werden, dass sie nicht durch Überhitzung geschädigt wird. «Als grössten Erfolg nennen Battaglia und Kühnel die Skalierbarkeit und den direkten Transfer in die Industrie.» Die beteiligten Industriefirmen meldeten bereits Patente an, bauten Pilotanlagen und generierte Investorengelder.
Industrieproduktion
Die Prototypzellen zeigen noch nicht die gewünschte Stabilität und die Skalierung muss noch verbessert werden. Für eine gross angelegte Produktion braucht es nochmals einen Skalierungsfaktor von 1’000. Dies ist nun die Aufgabe der Industrie. Mit diesem Horizon 2020-Projekt soll die nächste Generation von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt und die europäische Batterieindustrie gestärkt werden.
