07. 07. 2020

Neue Labormaschine für die Forschung an high-end Silizium-Akku - Laboreinweihung durch den Ministerpräsidenten in Kiel

RENA Technologies und die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel führen das gemeinsame, vom BMBF geförderte Forschungsprojekt „PorSSi“, zur Entwicklung eines Produktionsverfahrens von Siliziumanoden für Lithium-Ionen Batterien weiter. Nach dem das Verfahren bei der Firma RENA entwickelt wurde, ist nun der nächste Schritt mit der Inbetriebnahme der Pilotanlage an der CAU geschafft. Mit dieser InPorSi-Anlage wird das Siliziummaterial in einem elektrochemischen Verfahren strukturiert und eine porösen Siliziumschicht gebildet. Eine wichtige Voraussetzung zur Herstellung einer langlebigen Siliziumanode mit hoher Energiedichte. Die innovative Produktionslösung erlaubt dabei eine Inline-Prozessierung des Materials - was die einfache Skalierbarkeit des Konzepts für die industrielle Fertigung sicherstellt.

Daniel Günther, Ministerpräsident von Schleswig-Holstein, besuchte am 02. Juli die Universität. Dabei überbrachte der Ministerpräsident der Technischen Fakultät einen Förderbescheid über knapp 2 Millionen Euro zur Finanzierung des „Labors für zuverlässige, batteriegestützte Energiewandlung“ (BAEW), welches zur Hälfte vom Land Schleswig-Holstein (WTSH) und zur anderen Hälfte aus europäischen Fördermitteln finanziert wurde. Der Ministerpräsident weihte das BAEW Labor, in dem auch die RENA Maschine zum Einsatz kommt, in Anwesenheit von Prof. Marco Liserre, Prof. Dr. Rainer Adelung, und Dr. Sandra Hansen, als Antragsteller und Peter Schneidewind, CEO der RENA Technologies ein.

„Mit der RENA Anlage und dem neuen Labor können wir die hergestellten Silizium Anoden direkt vor Ort zu Batterien weiterverarbeiten. Dadurch können wir eine schnellere und effizientere Optimierung der Prozessparameter und des Batteriedesigns sicherstellen.“ erklärt Dr. Sandra Hansen, Leiterin der Batterieforschung an der CAU. Peter Schneidewind fügt hinzu: „Wir freuen uns, mit dem RENA Maschinen- und Prozess Know-how, einen entscheidenden Beitrag zur Industrialisierung dieses aussichtsreichen Lithium-Batteriekonzepts zu leisten. Die neue Maschine wurde konsequent an die Anforderungen der Batterieanwendung ausgerichtet und verfügt über zahlreiche innovative Funktionen, die im Rahmen des Projektes entwickelt wurden.“ Während des 2017 initiierten Forschungsprojekts wurden bereits Silizium-Anoden mit einer Kapazität von 3150mAh/g hergestellt. Zum Vergleich haben herkömmliche Anoden aus Graphit eine Kapazität von max. 372mAh/g. Im weiteren Projektverlauf werden der Herstellungsprozess, die Eigenschaften der Anoden und deren Integration in kompletten Batteriezellen noch weiterentwickelt.

Hintergrund: Bisher werden in Lithium-Ionen Batterien vorwiegend Anoden aus Graphit verwendet. Deren begrenztes Speichervermögen schränkt jedoch auch die Energiedichte dieser Systeme ein. Silizium hingegen kann eine deutlich höhere Menge an Lithium-Ionen aufnehmen. Dies eröffnet eine um das zehnfache höhere, theoretische Energiedichte im Vergleich zu Graphit und stellt somit einen attraktiven, alternativen Ansatz dar. Die Herausforderung beim Einsatz von Silizium als Anodenmaterial liegt darin, dass es sich beim Laden der Batterie stark ausdehnt und zu einer mechanischen Zerstörung der Anode führen kann. Dies limitiert die erreichbare Energiedichte und Zyklenstabilität von herkömmlichen Batteriezellen mit Siliziumanoden. Bei dem im „PorSSi“ Projekt verfolgten Ansatz, wird im Silizium eine poröse Struktur gebildet, die Raum für die Ausdehnung des Materials innerhalb der Anode schafft und eine Dickenänderung deutlich minimiert oder komplett unterbindet. Das erlaubt den Einsatz von 100% Silizium als Anodenmaterial mit einer entsprechend hohen Zyklenstabilität.

Über CAU Kiel

Die Christian-Albrechts-Universität zu Kiel ist Schleswig-Holstein’s größte Universität und beherbergt die Fakultäten Medizin, Physik, Rechts- und Ingenieurswissenschaften. Der Lehrstuhl “Funktionale Nanomaterialien” des Instituts für Materialwissenschaften geleitet von Prof. Adelung, kombiniert elektrochemische Prozesse für Halbleitermaterialien und die Synthese von komplexen Nanostrukturen. Die langjährige Erfahrung der Arbeitsgruppe im Bereich Elektrochemie und Halbleiter ermöglicht die Herstellung spezieller Oberflächenstrukturen auch für Anwendungen im Bereich Erneuerbare Energien.