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Blackstone Technology

Game Changer in der Batteriefertigung

20. Dezember 2021, 14:30 Uhr | Engelbert Hopf

Im 3D-Druck werden auf dieser Linie im ersten Schritt Lithium-Eisenphosphat-Pouch-Zellen gefertigt. Zellchemie und Zelldickte lassen sich ohne große Umstellungen im Produktionsprozess an die jeweiligen Bedürfnisse der Kunden anpassen.

Nach dem Start der Serienfertigung von Lithium-Ionen-Akkus in einem 3D-Druckprozess, in Döbeln, Sachsen, plant Blackstone Technology bereits für 2024 den Produktionsstart von Solid-State-Batterien.

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Eine Weltneuheit stellte Blackstone Technology in der ersten Dezemberwoche in Döbeln in Sachsen vor: die ersten im 3D-Druck in Serie produzierten Lithium-Ionen-Batterien. Durch das patentierte Produktionsverfahren erhöht sich die Energiedichte der Ladungsträger um 20 Prozent bei einer gleichzeitig drastischen Reduktion umweltrelevanter Einflüsse. So verringert der rein wasserbasierte Produktionsprozess die Abfallstoffe bei der Batterieproduktion um 50 Prozent.

»Unsere im 3D-Druck hergestellten Batterien werden sich nicht nur als Game Changer in der Batteriefertigung erweisen«, so Holger Gritzka, CEO der Blackstone Technology, ein Tochterunternehmen der Schweizer Blackstone Resources. »Sie sind auch klimafreundlicher, nachhaltiger und deutlich leistungsfähiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Zellen.« Was das bedeutet, lässt sich daran ablesen, dass die gravimetrische Energiedichte der im 3D-Druck gefertigten Zellen um 20 Prozent über der vergleichbarer prismatischer Zellen liegt.

Doch damit nicht genug, auch die volumetrische Energiedichte lässt sich durch das von Blackstone Technology gewählte Verfahren um 30 Prozent erhöhen. Realisiert wird das dadurch, dass die Batterien in ihrer Form und Größe flexibel an die Bedürfnisse des Kunden anpassbar sind. Ermöglicht wird die Steigerung der volumetrischen Energiedichte aber auch durch die Reduktion inaktiver Materialien in den Zellen, etwa durch die Verringerung des Anteils von Kollektorfolien oder Separatoren. Neben der Platzersparnis von 15 Prozent gegenüber herkömmlichen Ansätzen ergibt sich so auch eine Materialersparnis von 20 Euro pro kWh.

Erstmals umgesetzt wurde der neue Produktionsprozess nun mit Kathodenmaterial von IBU-Tech aus Weimar bei der Produktion von Lithium-Eisenphosphat-Pouch-Zellen (LFP) mit der Blackstone-Thick-Layer-Technologie. Die gefertigten Zellen weisen eine gravimetrische Energiedichte von 220 Wh/kg auf. Blackstone Technology verweist darauf, dass der chinesische Hersteller BYD mit seinen Blade-Zellen, die als technologisch fortschrittliche LFP-Zellen gelten, auf Zellebene eine gravimetrische Energiedichte von nur 166 Wh/kg erreicht.

Doch Blackstone Technology ist nicht auf LFP festgelegt. »Wir können auch Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid-Zellen, kurz NMC, herstellen«, erläutert Gritzka. »Unser 3D-Druck-Prozess lässt nicht nur eine Variation der Zelldicke zu, die Technologie ist für alle Zellchemien einsetzbar.« Ein zusätzlicher Vorteil des 3D-Druck-Verfahrens liegt darin, dass zusätzliche Funktionen wie etwa Sensoren, die ein Batteriemanagement speisen, sich direkt auf die Elektroden drucken lassen.

Der nächste große Schritt wird dann darin bestehen, in Döbeln auch Solid-State-Batterien zu drucken. Bei diesen Zellen bestünde dann die Möglichkeit, die Energiedichte noch einmal um bis zu 70 Prozent anzuheben. Im nächsten Jahr wird dazu ein dreijähriges Entwicklungsprogramm gestartet; bereits 2024 soll dann der Produktionsstart der Solid-State-Batterien erfolgen.

Zu Beginn des Produktionsstarts liegt die Fertigungskapazität in Döbeln aktuell auf einer Linie und im Dreischichtbetrieb bei 0,5 GWh. Derzeit sind etwa 50 Mitarbeiter in Döbeln beschäftigt; ihre Zahl soll sich im nächsten Jahr rasch erhöhen. In diesem Punkt dürfte Blackstone Technology von seiner Lage im Dreieck zwischen Dresden, Chemnitz und Leipzig profitieren. Nach dem Markteintritt in Phase 1 Ende dieses Jahres soll in Phase 2 dann in Döbeln die Produktion von Pouch- und prismatischen Zellen um ein 5-GWh-Produktionsmodul erweitert werden.

Die weiteren Expansionspläne von Ulrich Ernst, CEO und Gründer des Schweizer Mutterkonzerns Blackstone Resources und von Gritzka, zielen nach dem Beginn der Serienproduktion von Solid-State-Batterien auf eine zügige Produktionserweiterung ab. Der nötige Platz für neue Produktionsmodule ist vorhanden, die skalierten Produktionsmodule dürften dabei wohl in 5-GWh-Schritten erfolgen. »Ich gehe davon aus, dass wir aus der Produktion in Döbeln ab 2023 Geld verdienen werden«, so Ernst.

Für das Jahr 2025 strebt der Blackstone-Gründer nach eigenen Angaben ein Gesamtproduktionsvolumen von 24,5 GWh an. Neben den bis dahin errichteten eigenen Fertigungskapazitäten ergibt sich dieses Gesamtvolumen aus Joint Ventures mit OEMs sowie Lizenzvergaben an OEMs. Nach den Worten von Gritzka ist Blackstone Technology durch Vorverträge in seiner Produktion bis Ende 2022 bereits fast ausgelastet. Der erste Leitkunde kommt aus dem Bereich der Schifffahrt, wo im Rahmen des EU-Projekts Current Direct derzeit die Elektrifizierung des Schiffverkehrs in Europa vorangetrieben wird.

»Wir haben natürlich auch mit allen europäischen Automobilherstellern Gespräche geführt, die von sich aus auf uns zugekommen sind«, erläutert Gritzka; »die Gespräche laufen noch weiter«. Für die Automobilindustrie dürften vor allem Festkörperbatterien im 3D-Druckverfahren von großem Interesse sein. Ihre gesteigerte Energiedichte würde es unter anderem erlauben, Performance-stärkere Batterien in den Fahrzeugen einzusetzen. Statt 100 kWh wären dann wohl bis zu 170 kWh möglich. Für den E-Autofahrer würde sich das in Reichweitensteigerung von derzeit 600 km auf dann wohl 1000 km und darüber niederschlagen.

Ein leistungsstarker Batteriehersteller in Deutschland dürfte für die deutsche Automobilindustrie aber auch noch aus einem ganz anderen Grund hoch interessant sein. »Wir werden inzwischen mit den fünffachen Logistikkosten für chinesische Batterien konfrontiert«, berichtet Robert Orten, CEO von Orten Electric Trucks im rheinland-pfälzischen Wittlich, anlässlich des Produktionsbeginns in Döbeln. »Eine interessante Alternative wie Blackstone Technology würde unsere Unabhängigkeit gegenüber Lieferanten aus China und Korea deutlich erhöhen«.

Weitere interessante Artikel können Sie in unserem E-Paper der Ausgabe 50/51-2021 hier lesen!