Batterietechnik 30. Mrz 2022 Von Peter Kellerhoff

Festkörperbatterie auf Natrium-Basis im 3D-Druck

Die Bedeutung von Batterien, deren Technologien und deren Herstellung nimmt nicht nur im Zuge wachsender E-Mobilität rasant zu. Nun sollen im sächsischen Döbeln Festkörperbatterien entwickelt werden.

Prototyp einer gedruckten Festkörperzelle.
Foto: Blackstone Technology

Blackstone Technology – eine Tochter der Blackstone Resources AG mit Sitz in der Schweiz – erhält vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) eine Förderung in Höhe von 24,1 Mio. € für die Batteriezellentwicklung im sächsischen Döbeln. Worum geht es dabei? Es geht es um Batterien auf Natrium-Basis, die im 3D-Druck-Verfahren hergestellt werden und die auf importierte Rohstoffe weitgehend verzichten. In einer 32 Mio. € teuren Pilotanlage soll bis 2025 die Hochskalierung der Festkörperelektrolyte auf Natrium- Basis im Tonnenmaßstab vorbereitet werden, damit Blackstone diese ab 2025 produzieren kann.

Ressourcenschutz: Die Verfügbarkeit von Natrium ist gegenüber der von Lithium um ein Vielfaches höher und der Preis deutlich niedriger

Das chemische System der Natrium-Ionen-Batterien ist in Teilen mit Lithium-Ionen-Zellen vergleichbar. Ein wesentlicher Vorteil von Natriumbatterien ist jedoch, dass Rohstoffe bei vergleichbarer Technologie deutlich einfacher und umweltschonender zu gewinnen sind. Die Verfügbarkeit von Natrium ist gegenüber der von Lithium um ein Vielfaches höher und der Preis deutlich niedriger. Außerdem muss der Rohstoff nicht wie Lithium aus dem außereuropäischen Ausland importiert werden.

Ulrich Ernst, Gründer und CEO der Blackstone Resources AG: „Unsere im 3D-Druck produzierten Batterien sind eine Weltneuheit – und ein Gamechanger. Wir erreichen damit eine um 20 % erhöhte Energiedichte der Ladungsträger bei gleichzeitig drastischer Reduktion umweltrelevanter Einflüsse.“

50 % weniger Abfallstoffe in der Produktion

Blackstone zufolge setzt das Fertigungsverfahren auf einen rein wasserbasierten Prozess und reduziert damit die Abfallstoffe nach eigenen Angaben um mehr als 50 %. „Mit der sogenannten Dickschichttechnik (Thick Layer Technology) lassen sich zudem der Energieverbrauch in der Batteriefertigung und die Kosten der Produktion erheblich senken“, erläutert Ernst. Das 3D-Druck-Verfahren erlaube dickere und damit mehr Energie speichernde Schichten in den Batteriezellen, was die gravimetrische Energiedichte um rund 20 % erhöhe.

Weitere Vorteile der Festkörperbatterie

Die Platzersparnis betrage rund 15 % im Vergleich zu herkömmlichen Batterien, die Materialersparnis schätzt Blackstone auf rund 20 €/kWh und das Laden gehe bis zu sechsmal so schnell. Der Aufbau einer Festkörperbatteriezelle erhöhe zudem nicht nur die Energiedichte, sondern führe gleichzeitig zu einer Verbesserung vieler Sicherheitsaspekte der Batterie.

Die Prototypenproduktion von Natriumbatterien wird dabei so ausgelegt, dass unterschiedlichste Aktivmaterialien zur Anwendung kommen können. Produktspezifische Anpassungen der Batterie auf Zellebene können somit schnell und kostengünstig erfolgen. Das Druckverfahren spielt dabei eine entscheidende Rolle und erlaubt neben der geometrischen Anpassung eine volumetrische Optimierung.

„Wir freuen uns, damit erneut einen innovativen und tragfähigen Beitrag zu sauberer Energie und dem kohlenstoffneutralen Verkehrswesen der Zukunft zu leisten“, sagt Holger Gritzka, CEO der Blackstone Technology GmbH. Die 3D-gedruckten Festkörperbatterien sollen in einem Elektrobus der Berliner Firma Eurabus verbaut werden, um ihre Leistungsfähigkeit in realistischen Testreihen zu demonstrieren.

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