Prof. Dr. Maximilian Fichtner
Helmholtz-Institut Ulm (HIU) Material-I

Die stark gestiegene Nachfrage nach leistungsstarken Batterien in automobilen und stationären Anwendungen hat die Frage aufgeworfen, ob die Materialversorgung der Batterien auf einer ausreichend soliden und nachhaltigen Basis steht. Daher konzentriert sich ein Teil der aktuellen Forschung und Entwicklung darauf, kritische Rohstoffe durch häufigere, weniger toxische und leicht verfügbare Elemente zu ersetzen. In letzter Zeit haben neue Batteriepack-Designs (sogenannte „Cell-To-Pack“-Designs) neue Möglichkeiten eröffnet, um 20-50% mehr aktives Material einer Elektrode in das Batteriepack zu integrieren, was erheblich ist. Daher kommen für Automobilanwendungen auch leichte und weniger dichte Kathodenmaterialien in Frage, wie FePO4, das sehr sicher, billig und frei von Kobalt und Nickel ist. Dadurch werden das Versorgungsrisiko und die Kosten erheblich reduziert und die Nachhaltigkeit, Sicherheit und Langlebigkeit durch diese neue Technologie erheblich gesteigert. Die ersten Elektroautos auf Basis solcher Designs wurden bereits 2020 kommerzialisiert (BYD-Modell HAN, TESLA-Modell 3 in China), einige wurden bereits im Dez. 2020 angekündigt (Volkswagen), andere könnten folgen. Obwohl dies eine gut funktionierende potenzielle Lösung für die Kathodenzusammensetzung zu sein scheint, wird für diese Batterien immer noch Lithium benötigt. Dabei ist zu beachten, dass neben automobilen Anwendungen auch eine dramatisch steigende Nachfrage nach stationären Batteriesystemen (38% Wachstum pro Jahr) mit einer prognostizierten Gesamtkapazität von > 1 TWh im Jahr 2031 besteht auch Li durch andere, häufiger vorkommende Elemente wie Na, Mg, Al, Ca usw. ersetzen. Die Arbeiten an solchen Systemen sind im Gange, die Leistung erreicht noch nicht die der Li-Ionen-Akkus, aber erste Na-Ionen-Akkus haben bereits einen hohen Reifegrad erreicht und wurden 2020 kommerzialisiert.

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