Batterien für Fahrzeuge der nächsten Generation
Die wiederaufladbaren Li-Polymer-Batterien sind aufgrund ihrer hohen Energiedichte, Stabilität und Sicherheit herkömmlichen Nickel-Cadmium-Batterien überlegen. Im Gegensatz zu den klassischen Lithium-Ionen-Batterien (Li-Ion) mit einem flüssigen Elektrolyten (ladungserzeugendes oder leitendes Medium) verwenden Li-Polymer-Akkus einen Polymer-Elektrolyten. Dies ist typischerweise eine Feststoff-Polymer in Form einer sehr dünnen Membran, die den Ionenaustausch erleichtert. Weil sie sicherer, leichter, flexibler und sehr dünn sind, erhalten Li-Polymer-Batterien als Alternative zu Li-Ion-Batterien immer mehr Aufmerksamkeit. Für eine bessere Marktdurchdringung sind jedoch noch Verbesserungen erforderlich. Im Rahmen des Projekts SOMABAT entwickelten Wissenschaftler Materialien und Herstellungsverfahren, die den Herausforderungen eines solchen Zieles gewachsen sind. Der Schwerpunkt lag auf ausreichender Energiedichte, Lebensdauer und Sicherheit, und sie sollten gleichzeitig billig und bis zu 50% recycelbar sein. Die Wissenschaftler synthetisierten weich gemachte feste Polymerelektrolytmembranen mit porösen Architekturen auf Basis von Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen. Der Fokus lag auf kohlenstoffbasierten Anodenmaterialien mit Kohlenstoff-Xerogel-Zusatzstoffen für eine bessere Anodenstabilität. Das Konsortium konnte die Kosten für das Li-Eisenphosphat (LFP)-Material für die Kathode reduzieren. Li-Eisen-Phosphat-Mangan, das eine höhere Energiedichte im als LFP aufweist, wurde ebenfalls synthetisiert. Die Teammitglieder untersuchten die Skalierbarkeit der neuen synthetischen und wiederverwertbaren Materialien, der gestapelten Elektroden/Membran-Pouch-Zellen, der großformatigen Automobil-Zellen und kleineren Pouch-Zellen. Mit einem Kontrollsystem für Lithiumbatteriepacks konnten die Parameter mit einer Genauigkeit von bis zu einer einzelnen Zelle überwacht werden. Darüber hinaus konnte man damit Ladung und Entladung verwalten und überwachen und eine sichere Nutzung gewährleisten. Die entwickelten Zellen und das Batteriemanagementsystem wurden für die Produktion des finalen Akkus zusammengestellt. Die Projektpartner testeten die Recyclingfähigkeit der entwickelten Batterie und führten eine Lebenszyklusanalyse durch. SOMABAT demonstrierte die Machbarkeit für die Verwendung von recyclingfähigen und synthetischen Materialien für Li-Polymer-Batterien. Die Projektergebnisse wurden über Präsentationen, Poster, Pressemitteilungen, Konferenzen und Workshops verbreitet.
Schlüsselbegriffe
Lithium-Polymer, Elektrofahrzeuge, Energiedichte, Polymerelektrolyt, recyclebar
