Batteriespeicher: Forscher verbessern Produktion und tüfteln an Lithium-Alternativen

Zürich / Stuttgart / München - Die Elektromobilität und Energiewende verlangen nach immer leistungsfähigeren, mobilen und stationären Hochenergiespeichern. Intensive Forschungen und Investitionen sollen Innovationen in der Branche herbeiführen. Hierbei liefern nun Forscher aus der Schweiz und Ingenieure der Firmen Siemens und M+W Group Ergebnisse.

Sowohl für die Fertigung als auch bei der Grundlagenforschung sind nun Fortschritte erzielt worden. So haben Forscher in der Schweiz erstmals einheitliche Antimon-Nanokristalle erzeugt. Diese Nanokristalle stellen nach Meinung der Wissenschaftler eine viel versprechende Alternative für künftige Elektrodenmaterialien in Batterien mit hoher Ladekapazität dar. Gleichzeitig arbeiten Siemens und die M+W Group an der Entwicklung einer Leittechniklösung, welche die Batteriefertigung voranbringen soll.

Natriumionen-Akkus: Hohe Speicherfähigkeit prognostiziert

Lithium ist der zentrale Rohstoff zur Herstellung leistungsstarker Batterien. Die hohe Nachfrage nach dem Rohstoff könnte aber zu einem Engpass führen. Daher wird derzeit intensiv nach alternativen Batteriematerialien geforscht. Forscherinnen und Forscher der Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (kurz: Empa) und der Eidgenössische Technischen Hochschule Zürich haben erstmals einheitliche Antimon-Nanokristalle erzeugt. Dies könnte der Ausgangspunkt für eine neue Batterie-Technologie sein. Dieser Batterietyp wäre konzeptionell mit Lithiumionen-Batterien identisch, würde aber auf Natriumionen basieren.

Natrium wäre eine mögliche günstige Alternative zu Lithium, da es häufiger vorkommt und gleichmäßiger auf der Erde verteilt ist. Trotz jahrelanger Forschung gibt es aber kaum Materialien, welche die Natriumionen effizient speichern können. Ein schon lange untersuchtes vielversprechendes Anodenmaterial ist Antimon. Leider wurde Antimon bisher beim Prozess des Ladens und Entladens brüchig. Die neue Nanokristallstruktur verhindert dies und ermöglicht, dass die beim Laden und Entladen auftretenden Volumenveränderungen reversibel und schnell verlaufen.

Aber noch ist die Herstellung einheitlicher Antimon-Nanokristalle in ausreichender Menge und Qualität zu teuer. Auch wenn das Verfahren an sich relativ einfach ist. Empa-Forscher Maksym Kovalenko: „Insgesamt sind Batterien mit Natriumionen und Antimon-Nanokristallen als Anodenmaterial nur dann eine viel versprechende Alternative zu heutigen Lithiumionen-Akkus, wenn die Kosten für die Batterieherstellung und die Leistung des Stromspeichers vergleichbar sind.“

Leittechniklösung soll Batterie-Produktion optimieren

Da die Herstellung der Batterien mit einer hohen Wertschöpfung verbunden ist, werden auch stets Fortschritte in der Produktionstechnik angestrebt. Oftmals werden diese aber nicht allein durch die Optimierung von Einzelprozessen und Maschinen, sondern auch über durchdachte Linienkonzepte und Technologiepakete verwirklicht.

Die Siemens Division Industry Automation und M+W Group haben nun eine Partnerschaft geschlossen, um die Produktionstechnik für die Batteriefertigung zu einer seriennahen Fertigung voranzutreiben. Der Schwerpunkt von Siemens liegt in diesem Zusammenhang auf der Erstellung einer Lösung für die Automatisierungs- und SCADA-Technik, während M+W Group im Wesentlichen die anwendungsspezifische Integration der Systeme auf Basis des Manufacturing Execution Systems (MES) Simatic IT beisteuert.

Die Firmen hoffen, so die Prozesse von einer zentralen Leitwarte aus online überwachen, analysieren und steuern zu können. Prozessveränderungen sollen sich so schneller erfassen lassen und eine Neujustierung des Prozesses besser möglich machen.

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