Dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ist nach eigener Aussage ein großer Fortschritt auf der Suche nach leistungsfähigeren Batterie-Materialien gelungen: Wissenschaftler am ZSW-Standort in Ulm haben zusammen mit Partnern zwei neue Aktivmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien entwickelt:

• 5-Volt-Lithium-Mangan-Phosphat und
• mesoporöses Titanoxid.

Mit den Werkstoffen wurden in Kombination mit konventionellen Elektroden bereits erfolgreich Zellen auf der Fertigungslinie des Forschungsinstituts hergestellt. Die Materialien zeigen laut ZSW eine sehr gute Energiedichte, höhere Sicherheit und sind äußerst belastbar.

Das 5-Volt-Lithium-Mangan-Phosphat wird für positive Elektroden verwendet. Im Vergleich zu Standardmaterialien weist der Werkstoff eine sehr gute Energiedichte und eine höhere Sicherheit auf. Beispielsweise ist es gegenüber einer Überladung besonders resistent. Zudem lassen damit höhere Zellspannungen realisieren. Für die negativen Pole nutzen die Forscher mesoporöses Titanoxid, das in Kooperation mit der Universität Ulm entwickelt wurde. Das Material hat eine schnelle Ladefähigkeit und weist auch bei Temperaturen von bis zu – 40°C eine hohe Belastbarkeit auf. Außerdem ist das Metalloxid in großen Mengen verfügbar, nicht toxisch und relativ preiswert zu produzieren.

Auf der Instituts-eigenen Fertigungsstraße wurden bereits erste Zellen auf Basis von 5-Volt-Lithium-Mangan-Phosphat und mesoporösem Titanoxid produziert.

© ZSW Solarconsult

Um die Leistungsfähigkeit und Qualität neuer Materialien und Materialkombinationen vollständig bewerten zu können, müssen sie in Referenzzellen erprobt werden. „Wir wollen das Potenzial neuer Batteriematerialien für die Anwendung so früh wie möglich einschätzen. Dafür testen wir sie im kompletten Zellverbund mit allen denkbaren Wechselwirkungen“, sagt Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin des ZSW-Fachbereichs Akkumulatoren/Materialentwicklung in Ulm. Die ersten Zellen aus 5-Volt-Lithium-Metall-Phosphat und mesoporösem Titanoxid wurden bereits gefertigt. Materialproduzenten und Batterieherstellern stehen die Materialien für die Entwicklung kommerzieller Produkte zur Verfügung.

Auf der Achema in Frankfurt am Main vom 18. bis 22. Juni stellt das ZSW in der Halle 9.2 am Stand E52 die Ergebnisse seiner Batterieforschung und -entwicklung vor.