SIB:DE - Entwicklung

Rohstoffabhängigkeit, Rohstoffknappheit und Resilienz von Wertschöpfungsketten stellen eine Herausforderung für den klassischen Lithium-Ionen Batteriemarkt dar (v.a. für NMC-basierte Lithiumsysteme). Rohstoffe wie Lithium, Kupfer, Kobalt, Nickel und Graphit werden nicht nur mehrheitlich außerhalb der EU gefördert, sondern unterliegen zudem massiven Preisschwankungen. Dies alles, in Kombination mit steigenden Energiekosten, macht den Lithium-Ionen-Markt zu einem unsicheren Raum für Investitionen, welches sich durch die dynamische globale Wirtschaftspolitik verschärft. Es resultieren fehlenden Investitionen im europäischen Markt und es droht eine Verknappung an Lithium-Ionen Batteriezellen. Diese sind jedoch ein zwingender Bestandteil bei der von der EU beschlossenen Mobilitätswende, sowie essenziell für die Integration großer Mengen an erneuerbar produziertem Strom ins Netz sowie u.a. die Sicherstellung der unterbrechungsfreien Stromversorgung beim Aufbau von 5G-Telekommunikationsstationen. Eine potenzielle Entspannung dieser beschriebenen Lage kann die Integration neuer Speichertechnologie in den Markt ermöglichen.

Das übergeordnete Ziel der SIB:DE Initiative ist es daher, die Eignung der Natrium-Ionen-Technologie für die europäische Energie- und Mobilitätswende zu evaluieren. Insbesondere geht es um die schnelle Befähigung der beteiligten Industriepartner, Batteriezellen im großen Maßstab, marktreif und wettbewerbsfähig zu produzieren.

Projektziele und -inhalte

Die nationalen Kompetenzträger zur Batteriezellproduktion und Kreislaufführung sind in dem Vorhaben SIB:DE Entwicklung vereint und verfolgen gemeinsam und gebündelt das übergeordnete Ziel einer technologisch souveränen, wettbewerbsfähigen und nachhaltigen Batteriewertschöpfungskette für die Natrium-Ionen Technologie. In dem Vorhaben wirken zwei Arbeitsstränge ineinander, wobei der Industriestream den klassischen Drop-in Ansatz und die schnelle Marktfähigkeit fokussiert. Der Innovationsstream verfolgt den Unique Selling Point Ansatz, auf dessen Basis Wettbewerbsvorteile generiert werden sollen. Im Industriestream wird die Elektrodenfertigung mittels Nassbeschichtung (Slot-Die), die Zellfertigung auf Basis kommerzieller Zellformate (zylindrisch, prismatisch, Pouch), sowie das Recycling über konventionelle Routen (mechanische Aufbereitung, thermische Konditionierung und hydrometallurgische Behandlung) umgesetzt. Im Innovationsstream kommen für die Elektrodenherstellung halbtrockene (semi-dry) und trockene (dry) Beschichtungsverfahren zum Einsatz, sowie für die Zellherstellung bipolares Zelldesign und für das Recycling das Direktrecycling. Während die akademischen Partner vor allem die prozessseitigen Themen und Zelloptimierung entwickeln, fokussieren sich die Industriepartner auf die Linienfähigkeit und Produktion von Industriezellformaten und deren Rückführung in den Kreislaufprozess. Ein Projektschwerpunkt des IWF liegt dabei auf der Untersuchung der Elektrolytbefüllung und -benetzung. Dafür werden sowohl Untersuchungen auf der Material- sowie auf der Zellebene durchgeführt. Dabei wird festgestellt, in wie weit die Best Practices aus der Herstellung von Lithiumbasierten Systemen auf die Na-Ionen Technologie übertragen werden können und welche Anpassungen notwendig sind. Basierend auf diesen Ergebnissen werden Konzepte für die Skalierung der Prozesse erarbeitet. Die Arbeiten münden in einer Bewertungsmatrix sowie marktfähigen Na-Ionen Batteriezellen und einer virtuellen Abbildung der Prozesse und Serienfertigung.