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Beschichtung Preisgünstige und sichere Aluminium-Ionen-Batterie fertigen

Quelle: Fraunhofer IISB 2 min Lesedauer

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Fraunhofer-Inst. für Integrierte Systeme und Bauelemente (IISB)
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Ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen und spezialisierten Industrieunternehmen entwickelt in einem Verbundprojekt die Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie (AGDIB) weiter. Die AGDIB-Technologie könnte eine Alternative zu kosten- und materialintensiven Lithiumbatterien sein.

Technologieentwicklung im Bereich der Elektroden-beschichtung für Aluminium-Ionen-Batteriezellen im Konsortialprojekt BALU.(Bild: Fraunhofer IISB/Jürgen Lösel)
Technologieentwicklung im Bereich der Elektroden-beschichtung für Aluminium-Ionen-Batteriezellen im Konsortialprojekt BALU.
(Bild: Fraunhofer IISB/Jürgen Lösel)

Preiswerte, leistungsfähige, wiederaufladbare Batterien, ohne kritische Rohstoffe oder brennbare Materialien, einfach in der Herstellung, sicher im Betrieb und nach jahrelanger Nutzung problemlos recycelbar. Zu gut, um wahr zu sein? Die Technologie „Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie“, kurz AGDIB, könnte das ermöglichen. In den Laboren des Fraunhofer THM in Freiberg existieren bereits Prototypen, die in umfangreichen Testreihen das Potential der Zellchemie aufgezeigt haben. Mit ihrer hohen Leistungsdichte würde sich die AGDIB besonders für hochdynamische Lastanforderungen eignen, in denen bislang die kostenintensive Lithium-Titan-Oxid-Technologie (LTO) eingesetzt wird.

Technologie kommt ohne toxische Materialien aus

Entscheidend für derartige Anwendungen ist eine möglichst hohe Laderate. Je höher die Laderate, desto schneller lassen sich die Zellen laden und entladen. Versuche mit flexiblen AGDIB-Pouchzellen zeigten, dass ein langzeitstabiler Betrieb bei sehr hohen Raten von über 30 C möglich ist. Und auch die anderen elektrischen Parameter sowie die Zyklenfestigkeit können mit der Performance der teuren LTO-Batterien mithalten. Im Unterschied zur LTO-Technologie kommt die AGDIB aber mit nicht-toxischen, günstigen und gut verfügbaren Materialien aus.

Vom Labormaßstab auf industriekompatible Produktionsbedingungen übertragen

Allerdings eignet sich die Bauart der Labormuster noch nicht für die Serienfertigung. Hierzu braucht es neue Entwicklungsaufgaben: Das betrifft sowohl die Herstellung der eingesetzten Materialien und der einzelnen Zellkomponenten als auch das Design und die Fertigung der ganzen AGDIB-Zelle. Die nächsten Schritte in Richtung Marktreife will nun ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen und spezialisierten Industrieunternehmen gehen. Unter dem Dach des BMBF-Verbundprojektes „Balu – Fertigungstechnologie für Batteriezellkonzepte auf Basis der Aluminium-Ionen-Technologie“ verfolgen Partner aus unterschiedlichen Fachbereichen das ehrgeizige Ziel, die Herstellung der AGDIB-Zellen vom Labormaßstab auf industriekompatible Produktionsbedingungen zu übertragen. Dabei rücken wirtschaftliche Rolle-zu-Rolle-Verfahren in den Vordergrund, um in größerer Stückzahl mehrlagige Pouchzellen zu fertigen.

Im Verbundprojekt BALU entwickeln sieben Partner aus Forschung und Industrie die Technologie der Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie (AGDIB) weiter.(Bild: Fraunhofer IISB)
Im Verbundprojekt BALU entwickeln sieben Partner aus Forschung und Industrie die Technologie der Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie (AGDIB) weiter.
(Bild: Fraunhofer IISB)

Sobald die AGDIB-Pouchzellen in ausreichender Menge verfügbar sind, können die Projektpartner komplette Batteriemodule aufbauen, das Betriebsverhalten der Zellen spezifieren und die Parameter für die Systemauslegung definieren. Die AGDIB-Hochleistungmodule werden dann in industrielle Batteriesysteme integriert und müssen im praktischen Betrieb ihre Qualität unter Beweis stellen. Hier stehen konkrete Anwendungen im Fokus, wie etwa elektrische Powerbooster für Großgeräte oder stationäre Speicher zur Stromnetzstabilisierung.

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