Im Verbundprojekt „BALU – Fertigungstechnologie für Batteriezellkonzepte auf Basis der Aluminium-Ionen-Technologie“ will ein Konsortium aus Forschungseinrichtungen und spezialisierten Industrieunternehmen die Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie (AGDIB) entwickeln. Aufgrund der hohen Leistungsdichte soll die AGDIB-Technologie ein großes Potenzial im Bereich hochdynamischer Lastanforderungen bieten und könnte hier eine Alternative zu kosten- und materialintensiven Lithiumbatterien sein. Das Projekt verfolgt das ehrgeizige Ziel, die Herstellung der AGDIB-Zellen vom Labormaßstab auf industriekompatible Produktionsbedingungen zu übertragen. Neben dem Transfer der neuen Batterietechnologie spielen dabei ausdrücklich ökologische Überlegungen, wie der Verzicht auf kritische Rohstoffe, die umweltverträgliche Herstellung oder eine spätere Wiederverwertung, eine Rolle. Das Projekt BALU wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) im Rahmen des Programms Batterie2020Transfer gefördert.

Preiswerte, leistungsfähige, wiederaufladbare Batterien, ohne kritische Rohstoffe oder brennbare Materialien, einfach in der Herstellung, sicher im Betrieb und nach jahrelanger Nutzung problemlos recycelbar. Die Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie könnte das tatsächlich ermöglichen. In den Laboren des Fraunhofer THM in Freiberg existieren bereits Prototypen, die in umfangreichen Testreihen das Potenzial der Zellchemie aufgezeigt haben. Mit ihrer hohen Leistungsdichte würde sich die AGDIB besonders für hochdynamische Lastanforderungen eignen, in denen bislang die kostenintensive Lithium-Titan-Oxid-Technologie (LTO) der State of the Art ist.

Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie ermöglicht hohe Laderaten

Entscheidend für derartige Anwendungen ist eine möglichst hohe Laderate. Je höher die Laderate, desto schneller lassen sich die Zellen laden und entladen. Versuche mit flexiblen AGDIB-Pouchzellen zeigten, dass ein langzeitstabiler Betrieb bei sehr hohen Raten von über 30 C möglich ist, ein sehr guter Wert für dieses Zellformat. Und auch die anderen elektrischen Parameter sowie die Zyklenfestigkeit können mit der Performance der teuren LTO-Batterien mithalten. Im Unterschied zur LTO-Technologie kommt die AGDIB aber mit nicht-toxischen, günstigen und gut verfügbaren Materialien aus.

Die Bauart der Labormuster eignet sich allerdings noch nicht für die Serienfertigung, und bis zu einem Transfer in die Massenproduktion stellen sich vollkommen neue Entwicklungsaufgaben. Das betrifft sowohl die Herstellung der eingesetzten Materialien und der einzelnen Zellkomponenten als auch das Design und die Fertigung der ganzen AGDIB-Zelle.

Das Projekt verfolgt das Ziel, die Herstellung der AGDIB-Zellen in einem wirtschaftlichen Rolle-zu-Rolle-Verfahren zu realisieren, um in größerer Stückzahl mehrlagige Pouchzellen zu fertigen. Sobald die AGDIB-Pouchzellen in ausreichender Menge verfügbar sind, können die Projektpartner komplette Batteriemodule aufbauen, das Betriebsverhalten der Zellen spezifieren und die Parameter für die Systemauslegung definieren. Die AGDIB-Hochleistungmodule werden dann in industrielle Batteriesysteme integriert und müssen im praktischen Betrieb ihre Qualität unter Beweis stellen. Hier stehen konkrete Anwendungen im Fokus, wie etwa elektrische Powerbooster für Großgeräte oder stationäre Speicher zur Stromnetzstabilisierung.

Die Partner im Projekt BALU sind das Fraunhofer IISB, das Fraunhofer IKTS, das Fraunhofer IST, die Universität Bayreuth, die TU Braunschweig, die Sika Werke GmbH und Alzner Battery.

Quelle: Fraunhofer IST | solarserver.de © Solarthemen Media GmbH