Die Herstellung neuer Batterien für E-Autos birgt meist erhebliche Umweltrisiken. Bei der Produktion kommen teilweise giftige Lösungsmittel und umweltschädliche Chemikalien zum Einsatz. Außerdem verbrauchen energieintensive Trocknungsprozesse große Mengen Strom. Ein deutsches Forschungsteam zeigt nun, wie sich Natrium-Ionen-Batterien deutlich günstiger und sauberer produzieren lassen – komplett ohne PFAS und Lösungsmittel.
Die Batterieproduktion bringt mehrere, teils hochgiftige, Probleme mit sich. Hersteller von Stromspeichern arbeiten oft mit sogenannten Ewigkeitschemikalien, kurz PFAS. Ein Forscherteam vom Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE und dem Anlagenbauer IKA liefert nun eine Alternative. Im Rahmen des Projekts „LAENDLE“ entwickelten sie ein Verfahren, das komplett ohne Lösungsmittel und umweltbelastende PFAS auskommt.
Ziel ist es, Natrium-Ionen-Batterien billiger und umweltschonender zu produzieren. Doch die Herstellung der Elektroden benötigt in der Industrie weiterhin gewaltige Mengen an Energie. Denn bisher wird das Material als nasser Schlamm aufgetragen und trocknet erst dann in riesigen Öfen.
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Teig statt Schlamm: Die Technik hinter der Trockenbeschichtung
Statt die Komponenten flüssig zu verarbeiten, kneten die Anlagen die Materialien komplett trocken. Zwei neuartige Polymerbinderklassen sorgen dafür, dass die Masse zusammenhält. Anschließend wird diese Mischung zu einem 80 bis 180 Mikrometer dünnen Film ausgewalzt und direkt auf eine Trägerfolie auflaminiert.
Das Besondere an dem Prozess ist, dass dieser ohne eine zusätzliche chemische Klebeschicht auskommt. Die klassische Nassbeschichtung samt energieintensivem Trocknen und Verdichten fällt komplett weg. Das senkt den Energiebedarf und die CO2-Emissionen der Elektrodenherstellung um bis zu 50 Prozent. Gleichzeitig schrumpfen die laufenden Betriebskosten um zehn bis 20 Prozent. Doktor Oliver Fitz vom Fraunhofer ISE dazu:
Indem es uns gelungen ist, die Prozess- und Anlagenkomplexität bei der Trockenbeschichtung zu reduzieren, konnten wir den Prozess simpler und günstiger gestalten. Damit wird er auch für kleinere und mittlere Unternehmen realisierbar und schafft damit Chancen für eine lokale und europäische Produktion
Vom Labor in die Massenproduktion für Natrium-Ionen-Batterien?
Perspektivisch soll der Ansatz die Batterieproduktion spürbar erschwinglicher machen. Weil die neuen Produktionsanlagen mindestens 15 Prozent weniger Investitionskosten erfordern, könnten künftig auch mittelständische Betriebe in Europa Batteriezellen fertigen. Außerdem lässt sich das Verfahren einfach in bestehende Trockenbeschichtungs-Produktionslinien integrieren, da die nachfolgenden Schritte unangetastet bleiben.
Aber bis skalierte Natrium-Akkus aus heimischer Trockenproduktion auf den Massenmarkt kommen, wird es wahrscheinlich noch etwas dauern. Aktuell funktioniert das Verfahren erst im Labormaßstab. Zudem ist der Anteil des neuen Binders im Materialmix noch höher, als es der industrielle Standard vorschreibt. Die Forscher müssen diesen Wert in den kommenden Monaten also senken.
Als nächster Schritt steht die Skalierung an. Die Methode soll auf das Format industrieller Pouchzellen in einer echten Assemblierungslinie wachsen. Das Förderprojekt des baden-württembergischen Wirtschaftsministeriums läuft noch bis Juni 2027. Erst danach entscheidet sich, wie schnell der Ansatz wirklich im Massenmarkt ankommt.
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