Batterie-Revolution aus Baden-Württemberg: Silizium-Anoden sollen Energiedichte verdreifachen
Silizium statt Graphit: Ein Quantensprung für die Energiedichte
Bislang bestehen Anoden – der negative Pol von Lithium-Ionen-Batterien – aus Graphit. Dieses Material hat eine maximale Speicherfähigkeit von rund 370 Milliampere-Stunden pro Gramm. Silizium hingegen kann theoretisch bis zu 4.200 Milliampere-Stunden pro Gramm aufnehmen – mehr als das Zehnfache. Zudem ist es weltweit reichlich verfügbar und daher nachhaltiger als Graphit.
Die Projektpartner von FACILE haben ein ambitioniertes Ziel: Die praktische Energiedichte der Anode soll um mindestens 250 Prozent steigen, also auf mindestens 1.000 Milliampere-Stunden pro Gramm. Damit wären deutlich leichtere, leistungsfähigere und nachhaltiger produzierte Batterien möglich – ein entscheidender Schritt für Elektrofahrzeuge, tragbare Elektronik oder stationäre Speichersysteme.
Fasern statt Risse: Ein völlig neuer Ansatz
Doch Silizium hat eine Schwachstelle: Es dehnt sich beim Laden und Entladen stark aus. Das führt zu Rissen, Abplatzungen und letztlich zum schnellen Kapazitätsverlust.
Hier setzt FACILE mit einer echten Innovation an: Zum ersten Mal sollen Silizium-Anoden auf faserbasierten, elektrisch leitfähigen Vliesstoffsubstraten aufgebaut werden. Die flexible Vliesstruktur kann die Volumenänderungen des Siliziums abfedern und sorgt damit für eine deutlich längere Lebensdauer.
„FACILE zeigt, wie Industrie und Wissenschaft in Baden-Württemberg gemeinsam die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung bis zur Zellproduktion abdecken können“, sagt Prof. Dr. Markus Hölzle, Vorstandsmitglied des ZSW. Die neuen faserbasierten Silizium-Anoden seien leistungsstark, langlebig und nachhaltiger – „ein wichtiger Beitrag zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit der Region“.
Von der Laborprobe zur großen Zelle
Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Ulm testet die neuen Silizium-Anoden zunächst in kleinen Laborzellen. Anschließend werden die Prozesse optimiert und auf größere Formate übertragen – bis hin zu Zellen, wie sie in Elektroautos eingesetzt werden.
Mit seinen Pilotanlagen und langjähriger Expertise in Sicherheits- und Leistungstests verfügt das ZSW über ideale Voraussetzungen, um die Technologie zur Anwendungsreife zu bringen.
Ein Konsortium, das die komplette Wertschöpfungskette abdeckt
Das Projekt „FACILE“ vereint vier Partner mit unterschiedlichen Kompetenzen:
centrotherm international AG (Koordinator): Entwicklung einer Hochdurchsatzanlage zur Siliziumbeschichtung von Faserstoffen
Phoenix NonWoven GmbH & Co. KG: Entwicklung und Bereitstellung der speziellen Vliesstoffe
ISC Konstanz e.V.: Untersuchung der Verbindung von Vliesmaterial und Kupferfolie
Universität Konstanz, Bereich Photovoltaik: Materialanalysen
ZSW Ulm: Aufbau, Charakterisierung und Test kompletter Batteriezellen mit den neuen Anoden
Damit bildet das Projekt alle Schritte der Wertschöpfungskette ab – von den Materialien über die Produktion bis hin zur fertigen Batterie.
Innovation „Made in Baden-Württemberg“
Mit FACILE entsteht ein vielversprechender Ansatz, der die Leistungsfähigkeit und Nachhaltigkeit von Lithium-Ionen-Batterien neu definieren könnte. Silizium-Anoden auf Vliesstoffbasis sind ein technologischer Sprung, der die Batterien der Zukunft deutlich leistungsstärker und umweltfreundlicher machen könnte und Baden-Württemberg zu einem wichtigen Impulsgeber dieser Entwicklung.
