Ökologisch und ökonomisch hergestellte Lithium-Ionen-Batterien für „Batterie 2020“

Alle Materialien und Prozesse werden daran gemessen, ob sie in einer großen Produktion verwandt werden können. Dabei helfen die bestehenden Herstellungslinien „Forschungsproduktionslinie“ (FPL) beim ZSW (Baugröße PHEV-1) und „Forschungsversuchsanlagen“ bei VMB (Baugröße 18650 bzw. 21700). Beide Linien werden im Rahmen dieses Projekts genutzt.

An ihnen können auch die wirtschaftlichen Aspekte erforscht werden. Ein Business-Plan wird für die Herstellung entworfen, nachdem die Wirtschaftlichkeit einer hochskalierten Großfertigung beurteilt wird.

Auch die Herstellungskosten der Zellen werden aus allen Parametern in einer Modellrechnung gerechnet. So können sofort „Kostentreiber“ identifiziert und reduziert werden. Auf Knopfdruck können die Einflüsse anderer Materialien oder geänderter Rohstoffpreise auf die Zellenkosten erfasst werden.

Für die Forschungen in diesem Arbeitspaket resultierenden neuen Materialien werden bei Varta in Kleinstzellen erprobt. Dazu werden die Materialien in Form von Elektrodenpasten optimiert und in die Pilotfertigung eingeführt. Auch die neuen Separatoren, die sich in anderen Arbeitspaketen bewährt haben, werden an den Wickelautomaten verwandt.

Für die Erprobung stehen zwei Zellgeometrien zur Verfügung: flache Geometrie mit tablettenförmiger Elektrode und Folienelektroden in Wickeltechnologie (siehe Fotos).

Das Thema stationäre Energiespeicherung gewinnt durch den schnellen Ausbau der erneuerbaren Energien zunehmend an Bedeutung. Schon heute werden allein in Deutschland pro Jahr mehrere Tausend Speichersysteme verkauft. Verschiedene Studien gehen davon aus, dass der Markt für stationäre Energiespeicherung im Jahr 2020 ein Volumen von 2,4 Mrd. Euro erreicht, wovon etwa 40 Prozent auf Systeme mit Lithium-Ionen-Zellen entfallen. Vielen Vorteilen von heutigen Batteriespeichersystemen wie Modularität und Effizienz stehen nachteilig hohe Anschaffungskosten gegenüber, welche maßgeblich von den Zellpreisen beeinflusst sind. Durch Anwendung des Second-Life-Konzeptes bei Lithium-Ionen-Zellen ist mit einer Reduzierung der Systemkosten zu rechnen, was die Wirtschaftlichkeit von Energiespeichern verbessert und deren Vermarktung weiter vorantreibt.

Bei Projekterfolg plant Varta Storage daher die Erkenntnisse aus dem Projekt in Serienprodukte einzubringen. Von steigenden Stückzahlen profitiert nicht nur der Systemhersteller Varta Storage, sondern auch die Material- und Zellhersteller entlang der Wertschöpfungskette. Durch die damit verbundene Schaffung neuer Arbeitsplätze wird Deutschlands Position als Produktions- und Wirtschaftsstandort gestärkt.

Aus wissenschaftlich-technischer Sicht eröffnet das Projekt die Weiterentwicklung von effizienteren Speichersystemen, was auf den verbesserter Ausnutzungsgrad jeder Einzelzelle zurückzuführen ist. Durch das Vorhaben stärken alle Projektpartner ihre Fachkompetenz und werden darüber hinaus in die Lage versetzt, an zukünftigen Forschungsprojekten auf nationaler und internationaler Ebene mitzuwirken. Darüber hinaus ergeben sich positive Effekte auf andere technische Systeme wie das Stromversorgungssystem, welches durch die Integration von Energiespeichern optimiert werden kann.