NaSS - Wässrige Natriumbatterien für kostengünstige und nachhaltige Stationäre EnergieSpeicherung
Aufgrund des wachsenden Elektromobilitätsmarktes werden Lithium-Ionen-Batterien (LIB) in immer größerem Maßstab produziert, was zu einer großen Kostenreduktion und neuen Möglichkeiten für deren Einsatz in Energiespeichern auf Netz- und/oder Haushaltsebene führt. Bis 2040 wird erwartet, dass die Anzahl der Elektrofahrzeuge um zwei bis drei Größenordnungen zunehmen wird und die stationäre Speicherung bis zu 1300 GWh erreichen kann.
Dies führt zu Bedenken hinsichtlich der zukünftigen und langfristigen Verfügbarkeit und Kosten von kritischen Rohstoffen (insbesondere Co, Ni, Cu und Li), die in LIB eingesetzt werden. Obwohl LIB hervorragende Kandidaten für die Anwendung in der Elektromobilität sind, benötigen Deutschland und Europa zusätzlich neue zuverlässige, nachhaltige und kostengünstige Batterien für die stationäre Speicherung. In einem solchen Szenario sind Natrium-Ionen-Batterien mit wässrigen Elektrolyten eine attraktive Alternative.
Das Helmholtz-Institut Ulm des Karlsruher Instituts für Technologie koordiniert das neue Forschungsprojekt „NaSS“ (Wässrige Natriumbatterien für kostengünstige und nachhaltige Stationäre EnergieSpeicherung, FKZ 03XP0490), das vom BMBF im Rahmen des Programms Batterie 2020 Transfer finanziert wird.
Das Projekt zielt darauf ab, eine neuartige wiederaufladbare wässrige Na-Ionen-Zellenchemie zu demonstrieren, die auf unkritischen Rohstoffen basiert. Der ganzheitliche Ansatz des Projekts umfasst die Modellierung, Synthese und Charakterisierung neuer Materialien sowie deren Validierung in Prototypzellen. In Zusammenarbeit mit dem Projektpartner Forschungszentrum Jülich werden neuartige gemischtleitende Elektrodenmaterialien auf Basis von gut verfügbaren Metallbestandteilen entwickelt und getestet.
Diese werden es ermöglichen, das verbesserte Stabilitätsfenster der Wasser-in-Salz-Elektrolyte, die aus nicht fluorierten, kostengünstigen Natriumsalzen bestehen, voll auszunutzen. Schließlich wird das erworbene Know-how für die Herstellung sehr dicker Elektroden mit hoher Flächenkapazität genutzt, die in einem kleinen Demonstrationsprototyp im Labormaßstab eingesetzt werden sollen.
Als Ergebnis des Projekts soll neben der funktionierenden Na-Ionen-Niedertemperatur¬batterie eine industrialisierbare, technologische Prozesskette vom Material bis zur Batteriezelle gemeinsam mit dem Industriebeirat (Schott AG, BMZ GmbH und Hanwha Q CELLS GmbH) entwickelt werden, für einen innovativen und umweltfreundlichen stationären Energiespeicher „Made in Germany“.
Projektleiter am HIU: Dr. Alberto Varzi
Forschungsgruppe: Elektrochemie von Materialien und Grenzflächen
