Batterieforschungsprojekt SeNSE Die Zellfertigung in Europa ist das Ziel

Ruben-Simon Kühnel, Stephan FAhlbusch und Corsin Battaglia gehören zum SeNSE-Koordinierungsteam vom Empa.
Ruben-Simon Kühnel, Stephan Fahlbusch und Corsin Battaglia gehören zum SeNSE-Koordinierungsteam vom Empa.

Im Rahmen des Projekts SeNSE suchen elf Forschungspartner gemeinsam nach Lösungen für die Lithium-Ionen-Batterie der nächsten Generation. Als Partner an Bord ist auch die schwedische Firma Northvolt, die in den nächsten Jahren zwei Gigafactories für Fahrzeugbatterien in Europa errichten will.

Am Batterieforschungsprojekt SeNSE beteiligen sich fünf Forschungsinstitute und sechs Industrieunternehmen, um Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation – der sogenannten »Generation 3b« – zu entwickeln. Koordiniert wird das Forschungsprojekt von Empa-Forscher Corsin Battaglia und seinem Team.

Im Unterschied zu aktuellen Antriebsbatterien soll Generation 3b eine höhere Energiedichte sowie eine verbesserte Zellchemie und ein verbessertes Batteriemanagement besitzen: Statt Anoden aus reinem Graphit werden Anoden aus Silizium-Graphit-Composites angestrebt. In der Kathode wird der Anteil an kritischem Kobalt weiter gesenkt. Neue Additive in der Elektrolytflüssigkeit sowie Schutzschichten sollen die Batterie langsamer altern lassen und mehr Ladezyklen möglich machen. Zu einer längeren Lebensdauer und besseren Schnelladefähigkeit werden auch neue Sensoren beitragen, die vom Inneren der Batteriezellen her Daten ans Batteriemanagement liefern. Diese Daten sollen ein deutlich verfeinertes Temperaturmanagement im Vergleich zu heutigen Lithium-Ionen-Zellen erlauben.

Nachhaltige und kostengünstige Produktion

In punkto Nachhaltigkeit sollen die Generation 3b-Zellen heutige Zellen deutlich übertreffen: Die Kathode soll ohne den Einsatz von brennbaren und toxischen Lösungsmitteln hergestellt werden, was die Serienproduktion der Zellen stark vereinfacht und kostengünstiger macht.

Das Projekt SeNSE verfolgt das Ziel, die Zellen der nächsten Generation in europäischen Gigafactories herzustellen. Um im Wettbewerb der Zukunft zu bestehen, sind deshalb besonders kostengünstige und Rohstoff sparende Produktionsmethoden entscheidend. Auch die Weiterverwendung gealterter Fahrzeugbatterien als stationäre Speicher und schließlich das Recycling der Batterien wird im Projekt SeNSE berücksichtigt.

Auf dem Weg zur Gigafactory

Eine entscheidende Rolle in dem Forschungsprojekt spielt die schwedische Firma Northvolt. Das Unternehmen plant derzeit die erste europäische Gigafactory mit einer Fertigungskapazität von 32 GWh pro Jahr, die in Schweden errichtet werden soll. Eine weitere Gigafactory mit 16 GWh Jahresproduktion soll als Joint-Venture mit Volkswagen im deutschen Salzgitter entstehen.

Experten von Northvolt werden die SeNSE-Forscher mit regelmäßigen Briefings begleiten. Bis zum Ende des Projekts soll eine Reihe von Batteriezell-Prototypen entstehen. Die Fähigkeiten der Batteriezellen-Generation 3b soll ein Demonstrator mit 1 kWh Speicherkapazität beweisen. Letztlich soll die im Rahmen von SeNSE entwickelte Fertigungstechnologie in Form von Patenten den Weg in die Industrie finden. Das Forschungsprojekt SeNSE endet nach 48 Monaten im Frühjahr 2024.

Die Forschung im Rahmen des Projekts SeNSE ist Teil der Initiative European Battery Alliance und wird vom EU-Forschungsförderprogramm Horizon 2020 getragen. Forschungspartner des Schweizer Forschungsinstitugs Empa, das das Projekt leitet, sind die Westfälische Wilhelms-Universität Münster, das Forschungszentrum Jülich, die Coventry University und das Austrian Institute of Technology sowie die Firmen Solvionic, FPT Motorenforschung, Lithops, Northvolt, Enwires und Huntsman Advanced Materials.