Milliardenmarkt

Steirisches Projekt entwickelt nächste Batterie-Generation

Für das Projekt "OpMoSi" hat sich ein rein steirisches Konsortium zusammengeschlossen, um gängige Lithium-Ionen-Batterien signifikant zu verbesseren. Das ambitionierte Ziel  ist eine deutliche Steigerung der Energiedichte. Zur Anwendung soll diese "neue Generation von Batterien" unter anderem bei Elektrofahrzeugen. 

GRAZ. Die Lithium-Ionen-Batterie hat seit ihrer Markteinführung 1991 einen Siegeszug um die Welt angetreten. Man findet sie unter anderem in Smartphones, Digitalkameras, E-Bikes, Notebooks oder Akkuschraubern. Im Bereich der elektrochemischen Energiespeicherung hat sie mittlerweile sämtliche konkurrierenden Technologien verdrängt. Nicht zuletzt durch die rasante Entwicklung im Bereich der E-Mobilität ist die Technologie auch ein – asiatisch dominierter – Milliardenmarkt mit konstant hohen Wachstumsraten.

Ein Grund für diesen Erfolg ist, dass sich die Energiedichte der Batterien in den vergangenen 30 Jahren mehr als verdreifacht hat. Eine weitere Verbesserung der Technologie und die Entwicklung neuer Materialien ist notwendig, um diesen Trend fortzusetzen.

Einzigartige Partnerschaft

Zum Projekt "OpMoSi" ("Optimierung der Morphologie eines Si-basierten Elektrodensystems für Li-Ionen Zellen im Produktionsprozess") haben sich nun vier heimische Player zusammengefunden, um die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie maßgeblich voranzutreiben: Koordiniert wird das Konsortium von der Virtual Vehicle Research GmbH. Das Forschungszentrum arbeitet dabei in enger Abstimmung mit der Materials Center Leoben Forschung GmbH, der Varta Innovation GmbH und der AVL List GmbH.

"OpMoSi ist ein steirisches Vorzeige-Projekt, in dem die Technologie für Lithium-Ionen Batterien auf das nächste Level gebracht wird. Als Konsortialführer und wissenschaftlicher Partner forschen wir an einer deutlich verbesserten Energiedichte für künftige Batterien. Wir haben gezeigt, dass wir Ergebnisse der Grundlagenforschung erfolgreich in automotive Anwendung umsetzen können", sagt Jost Bernasch, Geschäftsführer Virtual Vehicle.

Alle Unternehmen verfügen über langjährige Erfahrung im Bereich der Lithium-Ionen Technologie. Die Konstellation ergibt eine in Österreich einzigartige Bündelung von Kompetenzen im Bereich der Batterieforschung und -entwicklung.

"Unsere Expertise im Bereich Materialforschung ist für das Projekt im Bezug zur Struktur-Eigenschafts-Beziehung der Anode äußerst wertvoll. Dazu verwenden wir modernste hochauflösende bildgebende Verfahren sowie KI-basierte Bildanalyse-Modelle, um die Struktur der Anode bestmöglich verstehen zu können", so Roland Brunner, Gruppenleiter Materials Center Leoben.

Nachhaltige Lebensdauer

Oberstes Ziel des Projekts ist es, die Ladungsdichte und die Lebensdauer von Lithium-Ionen Batterien zu erhöhen. Gelingen soll dies durch neuartige "Hollow Core-Shell Silizium Kohlenstoff (HCS Si-C) Komposit Anoden". Diese nächste Generation der Lithium-Ionen Batterie soll im Vergleich zu bestehenden Technologien eine 30 Prozent erhöhte Energiedichte bei gleicher Ladestabilität erreichen.

"Wir verfügen über hohe Kompetenz in der Fertigung von Elektroden und Batteriezellen sowie ein grundlegendes Verständnis der verwendeten Materialien und der Zellauslegung bzw. des Zelldesigns. Damit können Elektroden und Zellen innerhalb des Konsortiums mit hoher Qualität produziert werden", erklärt Christoph Stangl, Projektmanager bei Varta Innovation.

Im Entwicklungsprozess werden die Kompetenzen der Projektpartner kombiniert und gebündelt: von Simulation über Elektroden- und Zellfertigung bis zu Elektrochemie. Künftig soll eine zielgerichtetere, kostengünstigere und ressourcenschonendere Herstellung von verbesserten Lithium-Ionen-Batterien mit Si-Anoden ermöglicht werden. 

"Als Key Player in der Automobilzulieferindustrie bringen wir Automotive-Kompetenz ins Konsortium. Die AVL hat nicht nur langjährige Expertise im Design und der Auslegung von Batterie-Modulen und Batterie-Packs, sondern ist auch führend im Bereich der skalierbaren multiphysikalischen Modellierung und Simulation von Batterien auf Zell- und Systemebene", so Roland Wanker, Geschäftsbereichsleiter Advanced Simulation Technologies bei AVL List.

Nach erfolgreicher Projektdurchführung ist ein Folgeprojekt auf nationaler oder EU-Ebene geplant.

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