Kobaltfreie Lithium-Ionen-Batterietechnologie für die nächste Elektrofahrzeuggeneration
Bei den Elektrofahrzeugen konnten in den letzten Jahren große Fortschritte verzeichnet werden, aber im Zusammenhang mit ihren Batterien gibt es immer noch einige Unzulänglichkeiten. Zu den wichtigsten Themen zählen begrenzte Reichweite, lange Ladezeiten und hohe Kosten. Mit der Weiterentwicklung der Batterietechnologie könnten diese Probleme wahrscheinlich gelöst werden. Das EU-finanzierte Projekt COBRA soll die Welt der Elektroautos ein Stück voranbringen, indem eine kobaltfreie Lithium-Ionen-Batterietechnologie für die nächste Elektrofahrzeuggeneration entwickelt wird. Laut COBRA-Projektkoordinator Jordi Jacas zielt das Vorhaben sowohl auf Zell- als auch auf Batteriesatzebene auf die Einführung fortgeschrittener und nachhaltiger Komponenten ab, um für mehr Sicherheit und Leistung zu sorgen. „Unser Ziel ist die Konzipierung einer neuartigen Lithium-Ionen-Batterietechnologie, mit der viele der gegenwärtigen Mängel der Elektrofahrzeugbatterien zu beheben sind“, erklärt Jacas, der als leitender Forscher im Bereich Batterien des Catalonia Institute for Energy Research tätig ist.
Nachhaltigkeit, Sicherheit und Leistung
Bei der Herstellung von Kathoden für Lithium-Ionen-Batterien wird als wichtige Zutat Kobalt (Co) benötigt. Dieser Bestandteil verursacht ein Viertel der Batteriekosten. Da Kobalt jedoch ein knappes Gut ist und die Preise bekanntermaßen schwanken, sucht die Wissenschaft nach Möglichkeiten, um es in Batterien weglassen zu können. COBRA wurde aus der Notwendigkeit heraus geboren, dass nachhaltige kobaltfreie Materialien mit verbesserter Kathodenleistung und ein fortgeschrittenes Batteriemanagementsystem für mehr Batteriesicherheit und -leistung entwickelt werden müssen. Diese beiden Fakten führten zur Gründung von COBRA, das an der Konzeption einer innovativen kobaltfreien Kathodentechnologie arbeitete, die im Vergleich zu den heute üblichen Elektroden eine höhere Kapazität aufweist und bei hohen Spannungen funktioniert. Das Forschungsteam betrachtete außerdem aus dem Recycling von Abfallströmen gewonnene Verbundwerkstoffe auf Siliziumbasis, um die lange Lebensdauer der Anode zu gewährleisten. Hier bildeten Elektrolytstabilität und Sicherheit den Schwerpunkt. Jedoch ist das noch nicht alles. COBRA zielte ebenso darauf ab, die Nachhaltigkeit und Leistung zu verbessern sowie gleichzeitig die Kosten auf Zellebene zu senken. Das Team führte Forschungsarbeiten auf der Batteriesatzebene durch, zu denen die Integration von Sensoren, die Entwicklung eines fortgeschrittenen Batteriemanagementsystems sowie die Systemprüfung und -validierung zählten. Jacas betonte, dass letztlich das Ziel von COBRA darin besteht, einen Demonstrator mit dem sehr konkreten Kostenziel von nicht mehr als 90 EUR pro kWh bereitzustellen. „Wir haben bereits in die Frühphasen Lebenszyklusanalysen eingebunden, um sicherzustellen, dass die negativen Auswirkungen auf die Umwelt so gering wie möglich ausfallen“, teilte er mit. „COBRA beabsichtigt, alle Seiten des Batterieproblems anzugehen, um in Bezug auf Leistungs-, Kosten- und Umweltaspekte sowie gesellschaftliche Standpunkte eine verbesserte, wettbewerbsfähige Batterietechnologie zu schaffen“, so Jacas weiter.
Von Zulieferung und Fertigung bis hin zu Endverbrauch und Zertifizierung
„Die Umsetzung eines Projekts erfordert die Zusammenarbeit eines Konsortiums aus mehreren Interessengruppen, die einen multidisziplinären Ansatz verfolgen, an dem Aktive aus der gesamten Wertschöpfungskette von der Materialzulieferung und Fertigung bis hin zum Endverbrauch und zu den Zertifizierungsstellen beteiligt sind“, erläuterte er. „Die Tatsache, dass alle Projektpartner aus Europa kommen, stellt sicher, dass das Wissen und die Kommerzialisierung auch in Europa bleiben.“ Auf diese Weise wird dazu beigetragen, dass kritische Unterschiede zwischen den Beteiligten überwunden und die Projektergebnisse kommerziell genutzt werden, wobei die strategische Bedeutung des Projekts für die europäische Wettbewerbsfähigkeit offensichtlich ist. „Als wichtigste Projektergebnisse gelten eine schnelle Umsetzung, um eine wettbewerbsfähige Massenproduktion der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien der Generation 3b auf den Weg zu bringen, die verbesserte Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien, eine höhere Energiedichte auf Zellebene und vieles mehr“, erklärte Jacas. Das Projekt COBRA weist den Elektrofahrzeugen den Weg in eine vielversprechende Zukunft, indem es für mehr Sicherheit und Effizienz sorgt und die Umweltauswirkungen dieser Technik verringert.
Schlüsselbegriffe
COBRA, Batterietechnologie, Lithium-Ionen, Kobalt, Lithium-Ionen-Batterie, Elektrofahrzeuge, Energie, Kathodenleistung
