Imec Festkörperbatterie mit 400 Wh/kg

Imec verdoppelt die Energiedichte der Festkörperbatterien auf 400 Wh/kg.
Imec verdoppelt die Energiedichte der Festkörperbatterien auf 400 Wh/kg.

Der Weg zur Solid-State-Batterie mit 1.000 Wh/kg ist noch weit, doch Imec ist dem Ziel wieder ein Stückchen näher gerückt. Nun kündigte das Forschungszentrum eine Festkörper-Li-Metall-Batteriezelle mit einer Energiedichte von 400 Wh/kg an.

Auf dem European Electric Vehicle Batteries Summit in Berlin kündigte Imec eine Festkörper-Li-Metall-Batteriezelle mit einer Energiedichte von 400 Wh/kg bei einer Ladegeschwindigkeit von 0,5 C in zwei Stunden an. Außerdem gab das Forschungszentrum bekannt, in einer Pilotlinie zur Herstellung von Festkörper-Beutelzellen an der Verbesserung der Materialien und Prozesse zu arbeiten – in Zusammenarbeit mit der Universität Hasselt. Die Pilotlinie befindet sich auf dem EnergyVille Campus in Genk, Belgien. Imec will die Leistung von Nass-Lithium-Ionen-Batterien übertreffen und bis 2024 1.000 Wh/kg bei 2 bis 3 C erreichen.

Laut Imec kann dieses Ziel mit der modernen wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterietechnik nicht erreicht werden – obwohl es auch in diesem Bereich noch Verbesserungspotenzial gibt, jedoch nicht genug, um die Reichweite und Autonomie von Elektrofahrzeugen deutlich zu verbessern. Aus diesem Grund arbeiten die Forscher daran, den nassen Elektrolyten durch ein festes Material zu ersetzen. So soll eine Plattform geschaffen werden, um die Energiedichte der Zelle über die von Zellen auf Basis von Flüssigelektrolyt hinaus weiter zu erhöhen. Der bereits entwickelte feste Nanokomposit-Elektrolyt hat eine hohe Leitfähigkeit von bis zu 10 mS/cm mit dem Potenzial für noch höhere Leitfähigkeiten.

Von flüssig zu fest

Das neue Material wird flüssig – über eine nasschemische Beschichtung – aufgetragen und anschließend in einen Feststoff umgewandelt. Auf diese Weise kann es in dichte Pulberelektroden gegossen zu werden, wo es alle Hohlräume ausfüllt und maximalen Kontakt herstellt, genau wie ein Flüssigelektrolyt.

In einem Labor für Festkörperbatterietechnik hat Imec nun mit der Weiterentwicklung der Zellen begonnen. Zu dem Labor gehört zum Beispiel eine 300 m² große Pilotproduktionslinie zur Batteriemontage, die zusätzlich einen Trockenraum von 100 m² umfasst. Für die Verarbeitung des Festelektrolyten ist diese konventionelle A4-Blatt-zu-Blatt-Nasslackieranlage gut geeignet. Somit könnte die Montage der neuen Zellen durch eine leichte Modifikation der bestehenden Fertigungslinien für Li-Ionen-Batterien erfolgen. Mit der neuen Technik wären keine teuren Investitionen für die Umstellung von Nass- auf Festkörperzellen erforderlich. Die neue Pilotlinie ermöglicht die Herstellung von Prototypen von Beutelzellen mit einer Kapazität von bis zu 5 Ah.