Duisburg. Ein Material aus Kohlenstoff und Silizium macht Batterien viel leistungsfähiger. Forscher der Universität Duisburg-Essen haben es entwickelt.

Spätestens im Jahr 2023 soll es marktreif sein: Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien, das zu leistungsfähigeren Energiespeichern führt. Das Material für die Pole der Speicher ist in den Laboren des Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) bereits erprobt worden. Seit dem 1. September fördert das Bundeswirtschaftsministerium die Forschung der Hochschule mit fast 1,7 Mio. Euro, um den Herstellungsprozess in einem gemeinsamen Projekt mit Evonik weiterzuentwickeln und auf den Industriemaßstab zu übertragen.

Kohlenstoff-Silizium-Material ist langzeitstabil und schnell zu laden

Bisher wird Graphit als Anodenmaterial in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt, doch dessen Kapazität und Fähigkeit zum schnellen Laden sind weitestgehend ausgereizt. Eine vielversprechende Alternative haben UDE und Evonik in den Syntheseanlagen des NanoEnergieTechnikZentrums (NETZ) am Campus Duisburg hergestellt: Das Komposit aus Kohlenstoff und Silizium hat eine viel höhere Kapazität bei gleichem Volumen, zudem ist es langzeitstabil und schnell zu laden.

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„Kein Projektpartner kennt etwas Vergleichbares“, so Prof. Dr. Hartmut Wiggers, Experte für die Gasphasensynthese von Nanomaterialien. Die von der Fachwelt geforderte Kapazität von 1,5 Ah/g erreicht es problemlos. Nun müssen die im Labor bereits etablierten Herstellungs- und Verarbeitungsprozesse auf die erheblich größeren Dimensionen der industriellen Fertigung übertragen werden. Neben der Arbeitsgruppe Wiggers arbeiten daran auch die Forscher um Prof. Doris Segets und Prof. Andreas Kempf.

Projekt mit Evonik hebt Produktion auf industriellen Maßstab

Es geht um optimale Prozesstechnik, Partikelcharakterisierung und den Bau von Anlagen in der richtigen Größe und Form auf Basis von Modellsimulationen. Ebenfalls genau unter die Lupe genommen wird der nächste Schritt, in dem die hergestellten Partikel zu Pasten verarbeitet und als Anodenmaterial auf Kupferfolie gedruckt werden.

Evonik nutzt die Strömungsmodelle sowie die Experimente der UDE-Experten für die eigene Pilotanlage im Industriemaßstab. „Unser erstes Ziel ist, die richtige Zusammensetzung und Form der Partikel auch im industriellen Maßstab zu gewährleisten. So können wir unseren Kunden dann maßgeschneiderte Lösungen anbieten“, erklärt Dr. Julia Lyubina, Projektmanagerin bei Evonik.

Das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie fördert das Verbundprojekt „HOSALIB – Hochleistungs-Silizium-Kohlenstoff-Komposit als Anodenmaterial für Lithium-Ionen-Batterien“ für drei Jahre mit insgesamt 2,3 Millionen Euro.