Neues Verfahren kann Herstellungskosten von Lithium-Ionen-Batterien halbieren

Forscher des MIT (Massachusetts Institute of Technology) und dessen Tochterunternehmen 24M haben ein Verfahren entwickelt, das nicht nur die Kosten in der Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien erheblich senken, sondern auch noch deren Effizienz verbessern kann und sie außerdem einfacher recyclebar macht.

Längst überfällige Neuentwicklung bei Lithium-Ionen-Batterien

Laut Yet-Ming Chiang, Professor am MIT und Gründungsmitglied von 24M, wurde die Herstellungsweise vollkommen neu erfunden. Das derzeit noch verwendete Verfahren habe sich in den letzten zwei Jahrzehnten seit seiner Erfindung kaum verändert und sei nicht besonders effizient. Es würden zuviel Produktionsschritte und Komponenten verwendet, als eigentlich benötigt werden.

Der neue Prozess basiert auf einem Konzept, das vor fünf Jahren von Chiang, seinem Kollegen W. Craig Porter und deren Team entwickelt wurde. Die Batterie ist ein Hybrid aus einer konventionellen und einer Flussbatterie: In dieser Version zirkulieren die Elektroden nicht in gelöster Form, sondern bestehen aus einem ähnlichen halbfesten Material, weswegen sie von Chiang und Porter als „halbfeste Batterie“ bezeichnet wird.

Erst kürzlich wurde bekannt, dass das Unternehmen Solid Energy Lithium-Ionen-Batterie mit doppelter Energiedichte entwickelt hat. Auch aus Japan gibt es neue Entwicklungen, welche Lithium-Ionen-Akkus zehn Mal leistungsfähiger machen sollen.

Günstigere Produktion und höhere Qualität

Durch die Verwendung des neuen Materials wird nicht nur der Herstellungsprozess vereinfacht, sondern die Batterie außerdem flexibler und resistenter. In einem kürzlich veröffentlichten Beitrag im „Journal of Power Sources“ vergleicht Chiang Festkörper- und Flussbatterien und demonstriert im Zuge dessen, dass die zusätzlichen Komponenten und die höhere Komplexität einer Flussbatterie für Körper mit hoher Dichte unnötige Kosten verursacht. Unmittelbar nach Erscheinen des Artikels gibt er die Neuentwicklung des Herstellungsverfahrens von Lithium-Ionen-Batterien bekannt.

Im konventionellen Verfahren wird das Material zur Herstellung der Elektroden in einem flüssigen Zustand bewahrt, anstatt es zwischendurch trocknen zu lassen. Außerdem werden weniger und dickere Elektroden verwendet, die es ermöglichen, die Menge an Material um 80% zu reduzieren.

Zu den deutlich geringeren Herstellungskosten kommt außerdem eine höhere Flexibilität und Widerstandskraft der neuen Batterie. Während konventionelle Lithium-Ionen-Batterien aus fragilen Elektroden bestehen, die unter Spannung zerbrechen können, werden mit dem neuen Verfahren Batteriezellen produziert, die gebogen, gefaltet und sogar von Kugeln durchdrungen werden können ohne Schaden zu nehmen. So wird sowohl die Sicherheit als auch die Langlebigkeit erheblich verbessert.

Prototypen befinden sich in Testphase

Bisher wurden etwa 10.000 Stück der Batterien der Prototypenversion produziert, die meisten davon werden Tests von drei Industriepartnern unterzogen. Hierzu gehören ein thailändischer Ölkonzern sowie der japanische Großmaschinenhersteller IHI Corporation. Für das Verfahren wurden bereits acht Patente registriert, 75 weitere befinden sich in der Begutachtung.

Das Unternehmen konzentriert sich vorwiegend auf den Einsatz im Bereich der erneuerbaren Energien, um Speicherung und konstante Einspeisung von inkonstanten Quellen wie Windkraft- und Solaranlagen zu gewährleisten, beispielsweise durch Solarbatterien. Aber auch für Elektrofahrzeuge ist der Einsatz geeignet.

Ein weiterer Vorteil ist die einfache Erweiterung um einzelne Elemente. Bei der Verwendung konventioneller Lithium-Ionen-Technologie muss ein Kraftwerk von Anfang an über eine bestimmte Größe verfügen, um rentabel zu sein und die Kosten der Einheiten niedrig zu halten. Aus diesem Grund war ein großes Startkapital bisher Voraussetzung. Mit dem neuen Herstellungsverfahren ist das nicht mehr notwendig.

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