Amorphe Silizium/Kohlenstoff-Partikel (Aufnahme aus einem Transmissions-Elektronenmikroskop). Bild: UDE /Orthner

UDE und Evonik: 2.3 Mio. Euro für Entwicklung von besserem Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien

(UDE) Spätestens im Jahr 2023 soll es marktreif sein: Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, das zu leistungsfähigeren Energiespeichern führt. Das Material ist in den Laboren des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg Essen (UDE) bereits erprobt worden. Seit dem 1. September fördert das deutsche Bundeswirtschaftsministerium die UDE mit fast 1.7 Mio. Euro, um den Herstellungsprozess in einem gemeinsamen Projekt mit Evonik weiterzuentwickeln und auf den Industriemassstab zu übertragen.


Bisher wird Graphit als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, doch dessen Kapazität und Fähigkeit zum schnellen Laden sind weitestgehend ausgereizt.

Komposit aus Kohlenstoff und Silizium
Eine vielversprechende Alternative haben UDE und Evonik in den Syntheseanlagen des Nano Energie Technik Zentrums (NETZ) am Campus Duisburg hergestellt: Das Komposit aus Kohlenstoff und Silizium hat eine viel höhere Kapazität bei gleichem Volumen, zudem ist es langzeitstabil und schnell zu laden. „Kein Projektpartner kennt etwas Vergleichbares“, so Prof. Dr. Hartmut Wiggers, Experte für die Gasphasensynthese von Nanomaterialien. Die von der Fachwelt geforderte Kapazität von 1.5 Ah/g erreicht es problemlos.

Auf industrielle Fertigung übertragen
Nun müssen die im Labor bereits etablierten Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse auf die erheblich grösseren Dimensionen der industriellen Fertigung übertragen werden. Neben der Arbeitsgruppe Wiggers arbeiten daran auch die Forscher um Prof. Doris Segets und Prof. Andreas Kempf: Es geht um optimale Prozesstechnik, Partikelcharakterisierung und den Bau von Anlagen in der richtigen Grösse und Form auf Basis von Modellsimulationen. Ebenfalls genau unter die Lupe genommen wird der nächste Schritt, in dem die hergestellten Partikel zu Pasten verarbeitet und als Anodenmaterial auf Kupferfolie gedruckt werden.

Pilotanlage im Industriemassstab
Evonik nutzt die Strömungsmodelle sowie die Experimente der UDE-Experten für die eigene Pilotanlage im Industriemassstab. „Unser erstes Ziel ist, die richtige Zusammensetzung und Form der Partikel auch im industriellen Massstab zu gewährleisten. So können wir unseren Kunden dann massgeschneiderte Lösungen anbieten“, erklärt Dr. Julia Lyubina, die zuständige Projektmanagerin bei Evonik.

Das deutsche Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Verbundprojekt „HOSALIB – Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien“ für drei Jahre mit insgesamt 2.3 Mio. Euro (Förderkennzeichen 03EI3027A bzw. B).

Weitere Informationen:
Prof. Dr. Hartmut Wiggers, Institut für Verbrennung und Gasdynamik – Reaktive Fluide, Tel. 0203/37 9-8087, hartmut.wiggers@uni-due.de

Text: Universität Duisburg Essen (UDE) 

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