Projekt Hydra: Kobaltfreie Akkus

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Das EU-Projekt HYDRA forscht an kobaltfreien Akkus, um Elektromobilität nachhaltiger zu machen. Die Projektpartner arbeiten an Lithium-Ionen-Batterien, die 85 Prozent weniger problematische Rohstoffe enthalten. Das DLR-Institut für Technische Thermodynamik ist dabei für die Analyse elektrochemischer Vorgänge und Tests der Leistungsfähigkeit verantwortlich.

Neue Elektrodenmaterialien aus Eisen, Mangan und Silizium

Nachhaltigkeit ist das zentrale Ziel von HYDRA, an dem 11 Projektpartner aus der europäischen Batterieindustrie und -forschung beteiligt sind. Sie wollen in den nächsten vier Jahren Lithium-Ionen-Batterien der nächsten Generation entwickeln, die sich ressourcenschonend und umweltfreundlich herstellen lassen.

Die Elektroden der neuen Batterien sind frei von Kobalt, einem Rohstoff, der als besonders problematisch gilt. Die Elektroden bestehen aus Eisen, Mangan und Silizium. Sie werden auf Wasserbasis ohne organische Lösemittel hergestellt, wobei HYDRA auch die entsprechenden neuen Produktionsverfahren entwickelt. Die neuen Elektrodenmaterialien sollen hohe Leistung und hohe Energiedichten gleichzeitig ermöglichen.

Das DLR testet Leistung und Langzeitstabilität der Batterien

Das DLR steuert bei HYDRA seine Expertise zu experimentellen Tests und der Analyse elektrochemischer Vorgänge bei. „Wir messen, wie sich die elektrische Leistung und die Speicherkapazität nach vielen hundert Lade- und Entladezyklen verändert, zum Beispiel bei hohem Leistungsbedarf, bei besonders schnellen Ladevorgängen sowie bei unterschiedlichen Temperaturen“, erläutert Dennis Kopljar, Leiter des DLR-Arbeitspakets im HYDRA-Projekt. „Am Ende öffnen wir die Batteriezellen und schauen uns an, wie sich Struktur und Zusammensetzung der Materialien während des Betriebs verändert haben.“

Das norwegische Forschungsinstitut SINTEF, das ebenfalls an HYDRA beteiligt ist, nutzt die Ergebnisse des DLR für seine eigene Arbeit. Das Institut simuliert die chemischen und physikalischen Prozesse in den Batterien und passt die Elektrodenmaterialien und das Zelldesign schrittweise an unterschiedliche Anforderungen an. So lassen sich die Erkenntnisse aus dem Labor auf die industrielle Ebene übertragen. HYDRA will einen industrietauglichen Prototyp der Batterie in einem Schiffsbatteriesystem erproben.

„Dieses Wissen ist besonders für die Anwender relevant: Wieviel Energie und welche Leistung kann ein Batteriesystem liefern? Wie oft muss es geladen werden? Welche Speicherfähigkeit haben die Batterien nach 10 Jahren im Einsatz? Mit diesen Informationen können Konstrukteure Batteriesysteme und deren Betriebsmodi passend für die jeweilige Anwendung auslegen“, erklärt DLR-Forscher Kopljar.

HYDRA soll die europäische Batteriewirtschaft stärken

Mit dem Fokus auf Nachhaltigkeit trägt das Projekt auch dazu bei, die europäische Wertschöpfungsketten im Bereich Batterieherstellung zu stärken und internationale Wettbewerbsvorteile zu schaffen. HYDRA läuft über vier Jahre und erhält 9,4 Millionen Euro aus dem EU-Programm „Horizon 2020“.

Neben dem DLR sind folgende Partner aus der europäischen Batterieindustrie vertreten: Die norwegische Forschungsorganisation SINTEF, die das Projekt auch koordiniert, weiterhin die Universität von Louvain, das FAAM Research Center, das National Research and Development Institute for Cryogenics and Isotopic Technologies (ICSI) RM Valcea, Solvionic, Corvus Norway AS, die Polytechnische Universität Turin, Elkem ASA, Johnson Matthey, die Universität Uppsala und die French Alternative Energies and Atomic Energy Commission (CEA).

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