GreenPowerSIB: Natrium-Ionen-Batterien für nachhaltige Energie und Klimaschutz durch CO₂-Einsparung

Batterietechnologien sind ein zentraler Baustein der Energiewende und somit für das Erreichen der deutschen Klimaziele sowie für günstige Energiepreise für die Wettbewerbsfähigkeit des Landes von großer Bedeutung. Derzeit basieren viele Batterien auf Rohstoffen, deren Gewinnung energieintensiv ist und erhebliche ökologische Belastungen mit sich bringen kann. Hier bieten Natrium Ionen Batterien einen vielversprechenden, alternativen Ansatz. Die Technologie hat in den vergangenen Jahren deutliche Fortschritte erzielt und steht inzwischen kurz vor der industriellen Anwendung. Ein wesentlicher Vorteil liegt in der breiten Verfügbarkeit von Natrium. Dieses ist in Deutschland und Europa in großen Mengen vorhanden und wird überwiegend aus Salzvorkommen gewonnen. Eine lokale Produktion der Natrium Ionen Batterien bietet daher viele Vorteile gegenüber etwa lithiumbasierten Batterien: Dazu gehören die Unabhängigkeit von seltenen Rohstoffen, insbesondere beim Ausbau kritischer Infrastruktur, sowie der Entfall negativer Abbaueinflüsse und Transportemissionen von seltenen Rohstoffen. 

Aktuell bestehen noch Entwicklungslücken, damit Natrium-Ionen-Batterien als zuverlässige Energiespeicher für Haushalte, Industrie und das Stromnetz eingesetzt werden können. Um einige dieser Lücken zu schließen, verfolgt das Projekt „GreenPowerSIB“ das Ziel, die Natrium-Ionen-Batteriezelltechnologie (Sodium Ion Batteries, kurz SIB) weiterzuentwickeln. Es wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Förderrichtlinie „KMU-innovativ: Energieeffizienz, Klimaschutz und Klimaanpassung“ gefördert.

In der Entwicklung: bessere Schnellladefähigkeit, höhere Lebensdauer, elektrochemische Effizienz

Konkret sollen die spezifischen Eigenschaften der SIB-Technologie hinsichtlich Energiedichte, Ladezyklen und Schnellladefähigkeit so verbessert werden, dass sie als wettbewerbsfähige Alternative zu bestehenden Systemen wie beispielsweise Lithium-Eisenphosphat-Batterien eingesetzt werden können. Hierbei kommen fortschrittliche bildgebende 3D-Computertomographieverfahren zum Einsatz. Die Optimierung der Batterieeigenschaften ist wichtig, damit die Batterie in der Praxis gut funktioniert. Denn für die Speicherung von überschüssiger Solar- und Windenergie müssen Batterien schnell reagieren und die Energie schnell speichern und wieder abgeben können. 

Das Projekt „GreenPowerSIB“ konzentriert sich dazu auf drei zentrale Forschungsbereiche: 

• Elektrochemische und mechanische Analysen der Batteriezellen zur Bestimmung der Ionenbewegung bei verschiedenen Ladezyklen und Ladegeschwindigkeiten
• Hochauflösende 3D-Computertomographie zur strukturellen Analyse großer Zellen in Abhängigkeit von Lade- und Entladevorgängen
• KI-gestützte Datenanalyse der durch die CT-Scans gewonnenen hochauflösenden Daten, um die Merkmale der Alterungs- und Abnutzungsprozesse zu identifizieren.

Mithilfe der erzielten Ergebnisse soll die Ladeleistung von Natrium-Ionen-Batterien verbessert werden, um einerseits die zukünftigen Anforderungen an eine schnelle und effiziente Energieversorgung zu erfüllen und andererseits eine echte Alternative zu Lithium-Ionen-Batterien zu etablieren. Damit unterstützt das Projekt „GreenPowerSIB“ die Unabhängigkeit von kritischen Rohstoffen und die Möglichkeiten beim Ausbau der Energieinfrastruktur.

Projektleitung:
Dipl.-Ing. Severin Ebner
Intom GmbH
Bodenseeallee 18, 78333 Stockach
Tel.: +49 7771 9198115
E-Mail: severin.ebner@intom.io

Projektpartner:

• Prof. Dr.-Ing. Martin Simon, Hochschule Karlsruhe
• Dr. Anselm Lorenzoni, SCIRES Battery Technologies GmbH