Grüner Kohlenstoff soll Batterien leistungsfähiger machen

Die sogenannten leitfähigen Zusätze, wie Leitruß oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, sind ein entscheidender Bestandteil für die Leistung der Batterien. Sie machen sich auch in deren Umweltbilanz bemerkbar.

Das vor kurzem gestartete Projekt HiQ-CARB soll neue Kohlenstoffe mit einer höheren Leistung und einem geringen CO₂-Fußabdruck für zukünftige grüne Batterien in Europa bereitstellen. HiQ-CARB erhält EU-Fördermittel von EIT Rawmaterials, um das neue Batteriematerial zu skalieren und zu validieren.

Kohlenstoff spielt eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der elektronischen Leitfähigkeit von Batteriekathoden. Er ist daher für das Erreichen schneller Lade- und Entladeraten nötig. Im wachsenden Batteriemarkt machen die Rohstoffe den größten Teil der Kosten in der Produktion aus. „Um die wachsende europäische Batterieindustrie nachhaltig mit hochwertigen Leitadditiven versorgen zu können, müssen CO₂– und ressourceneffiziente Kohlenstoffmaterialien geschaffen, validiert und in ausreichender Menge in Europa wirtschaftlich produziert werden“, erklärt Projektkoordinator Andreas Bittner vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC.

Mit im Boot sind etablierte Unternehmen wie ARKEMA oder ORION für die Herstellung von fortschrittlichen Additiven und Customcells für die Batteriezellproduktion. Zu den wissenschaftlichen Partnern gehören das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC, die Aalto-Universität und die Universität Bordeaux.

Projekt soll Fertigung für grünen Kohlenstoff und Batterie-Kathoden aufbauen

Das Projekt soll dünne Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Acetylen-Black Partikel (Acetylenruß) in den Batterien kombinieren. Diese würden mit hoher Leitfähigkeit und geringer CO₂-Emission bei der Herstellung punkten. Die Kombination würde ein nahezu ideal leitendes Netzwerk innerhalb der Batterieelektrode bilden, heißt es in einer Pressemitteilung des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC. Ziel des Projektes ist der Aufbau einer Produktion der Spezialmaterialien im Tonnen- und Megatonnenmaßstab. Außerdem soll ein effizienter Prozess für die Kathodenherstellung im Pilotmaßstab entstehen. Für ein effektives Qualitätsmanagement während der Produktion müssen entsprechende Prüfvorschriften und Routinen für die Qualifizierung und Qualitätssicherung entwickelt und etabliert werden.

Darüber hinaus soll das HiQ-CARB-Team Wissens- und Lernmodule zur Verfügung stellen. Diese sollen die Ausbildung zukünftiger Fachleute für die Lithiumbatterie-Wertschöpfungskette unterstützen. Außerdem sollen sie Beteiligungsmöglichkeiten für Industrie und Forschung gemäß den Bildungsempfehlungen von EIT RawMaterials schaffen.

Leitruß ist eine spezielle Art von Industrieruß (engl. Carbon Black). Seine Herstellung erfordert bisher viel Energie und Prozessmaterial. HiQ-CARB will Standard-Leitruß durch Acetylenruß ersetze, der einen geringeren CO₂-Fußabdruck hat.

Außerdem will das Forschungsteam die bereits kommerzialisierten Standard-Kohlenstoff-Nanoröhren (carbon nanotubes – CNT) durch neue, deutlich dünnere CNT ersetzen.

Mit einer geringeren Menge an Kohlenstoffmaterialien wollen die Projektpartner die gleiche oder sogar bessere Batterieleistung erreichen. Das soll die Ressourceneffizienz erhöhen. Sie verwenden dafür ein CNT-Material aus einem erneuerbarem Bioethanol-Rohstoff – nach eigenen Angaben das einzige weltweit. Das Projekt soll die Nachhaltigkeit des Produktionsprozesses auch in einer Lebenszyklusanalyse bewerten.

Der Batteriemarkt in Deutschland wächst nicht nur durch die Elektromobilität. Auch in Kombination mit Photovoltaik werden Batterien immer beliebter.

7.6.2021 | Quellen: Fraunhofer ISC | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH