Wissenschaft tritt bei Batterien auf die Ruß-Bremse

Neben Lithium werden in Lithium-Ionen-Batterien eine Reihe von speziellen Funktionsmaterialien zu hoher Leistungsfähigkeit benötigt. Bei diesen sogenannten leitfähigen Additiven spielt Kohlenstoff eine wichtige Rolle. Zur Verbesserung der elektronischen Leitfähigkeit von Batteriekathoden und für das Erreichen schneller Lade- und Entladeraten ist er unerlässlich. Im wachsenden Batteriemarkt machen die Rohstoffe den größten Teil der Kosten in der Produktion aus. Das kürzlich gestartete Verbundprojekt HiQ-CARB zielt nun darauf ab, neue Kohlenstoffe mit einem geringeren CO2-Fußabdruck für künftige grüne Batterien in Europa bereitzustellen.

Projektkoordinator Andreas Bittner vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC: „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.“ Der HiQ-CARB-Ansatz ist die Kombination von dünnen Kohlenstoff-Nanoröhrchen und Acetylen-Black Partikel (Acetylenruß), die mit hoher Leitfähigkeit und geringer CO2-Emission bei der Herstellung punkten sollen. In Kombination bilden sie dem Fraunhofer ISC zufolge ein nahezu ideal leitendes Netzwerk innerhalb der Batterieelektrode.

Acetylenruß ersetzt in den Batterien den Standard-Leitruß

Carbon Black (Kohlenstoff, hier speziell Leitruß) wird in der Regel mit hohem Energie- und Prozessmaterialaufwand hergestellt. Bei HiQ-CARB wird Standard-Leitruß durch neuen und grüneren Acetylenruß ersetzen. Im Projekt zielt man auf den Aufbau einer Produktion dieser Spezialmaterialien im Tonnen- und Megatonnenmaßstab sowie einen effizienten Prozess für die Kathodenherstellung im Pilotmaßstab.

Für ein effektives Qualitätsmanagement während der Produktion müssen entsprechende Prüfvorschriften und Routinen für die Qualifizierung und Qualitätssicherung entwickelt und etabliert werden, heißt es beim Fraunhofer-Institut. Zu den Partnern zählen neben dem Fraunhofer ISC unter anderem die Aalto-Universität und die Universität Bordeaux wie auch die Unternehmen Arkema und Orion. HiQ-CARB erhält EU-Fördermittel von EIT RawMaterials, um das neue Batteriematerial zu skalieren und zu validieren.