Derzeit kommen 90 % der Batterien für Elektroautos aus Asien. Deshalb hat die EU-Kommission 2017 die „European Battery Alliance“ gegründet, um dieser Situation entgegenzusteuern und Kompetenz sowie konkrete Fertigung nach Europa zu bringen. Ein Baustein in diesem Streben ist das europäische Batterieforschungsprojekt SeNSE. In diesem Rahmen werden in den nächsten vier Jahren fünf Forschungsinstitute und sechs Unternehmen aus der Industrie nach Lösungen für die nächste Generation von Lithium-Ionen-Batterien (Generation 3b) suchen. Das Projekt wird von Empa-Forscher Corsin Battaglia und seinem Team koordiniert. Die EU fördert SeNSE mit 10 Millionen Euro.
Im Unterschied zu aktuellen Antriebsbatterien wird die nächste Generation von Batterien eine höhere Energiedichte sowie eine verbesserte Zellchemie und ein effizienteres Batteriemanagement beinhalten. So werden keine Anoden aus reinem Grafit, sondern aus Silizium-Grafit-Composites angestrebt. In der Kathode soll der Anteil an kritischem Kobalt weiter gesenkt werden. Neue Additive in der Elektrolytflüssigkeit sowie Schutzschichten sollen dazu führen, dass die Batterie langsamer altert und mehr Ladezyklen möglich sind. „Zu einer längeren Lebensdauer und besseren Schnellladefähigkeit werden auch neue Sensoren beitragen, die vom Inneren der Batteriezellen her Daten ans Batteriemanagement liefern. Diese Daten sollen ein deutlich verfeinertes Temperaturmanagement im Vergleich zu heutigen Lithium-Ionen-Zellen erlauben“, heißt es in der Empa-Aussendung.
In allen Forschungsbestrebungen spielt das Thema Nachhaltigkeit eine wichtige Rolle. Um eine Massenproduktion in europäischen Gigafactories möglich und erfolgreich zu machen, sind besonders kostenschonende und Rohstoff sparende Produktionsmethoden notwendig. So soll etwa die Kathode ohne den Einsatz von brennbaren und toxischen Lösungsmitteln hergestellt werden. Die Weiterverwendung von alten Fahrzeugbatterien als stationäre Speicher und das Recycling der Akkus soll im Projekt SeNSE ebenfalls berücksichtigt werden.
Auf dem Weg zu einer neuen Batterie-Generation wird der Beitrag der schwedischen Firma Northvolt sehr wichtig sein. Das von zwei ehemaligen Tesla-Mitarbeitern gegründete Unternehmen plant, die erste europäische Gigafactory mit einer Fertigungskapazität von 32 GWh pro Jahr in Schweden zu errichten. Eine weitere Fabrik mit 16 GWh soll als Joint Venture mit Volkswagen im deutschen Salzgitter entstehen. Die Tesla Gigafactory in Nevada hat im Vergleich dazu eine Jahresproduktion von rund 30 GWh. Experten von Northvolt begleiten das Forschungsprojekt, an dessen Ende eine Reihe von Batteriezellen-Prototypen steht, deren Leistungsfähigkeit mittels Demonstrator nachgewiesen werden soll. Schließlich ist geplant, die entwickelte Fertigungstechnologie über Patente in die Industrie zu bringen.
Forschungspartner der Empa (Schweiz) sind die Westfälische Wilhelms-Universität Münster (Deutschland), das Forschungszentrum Jülich (Deutschland), die Coventry University (Großbritannien), das Austrian Institute of Technology (Österreich) sowie die Firmen Solvionic (Frankreich), FPT Motorenforschung (Schweiz), Lithops (Italien), Northvolt (Schweden), Enwires (Frankreich) und Huntsman Advanced Materials (Schweiz).
Übrigens arbeitet das Empa-Team um Corsin Battaglia an einem weiteren europäischen Forschungsprojekt. SOLIDIFY geht einen Schritt weiter und forscht bereits jetzt an der übernächsten Generation von Batterien, den Festkörper-Lithium-Metall-Batterien, die keine flüssigen, feuergefährlichen Materialien mehr enthalten und deshalb eine höhere Leistung liefern werden. Das heißt, sie können schneller ge- und entladen werden. Das Projekt begann am 1. Januar 2020 und läuft ebenfalls vier Jahre. Experten rechnen mit einer Marktreife dieser Art von Batterien in voraussichtlich 10 Jahren.