Batteriematerialien

Energie für die Gesellschaft von Morgen

Batterien (eigentlich Akkus, umgangssprachlich aber ebenfalls als Batterien bezeichnet) sind eine komplexe Technologie, bestehend aus einer Vielzahl hochspezialisierter Komponenten. Elektrische Energie wird chemisch gespeichert und kann kontrolliert wieder freigesetzt werden. Zwei der wichtigsten Komponenten, die einer thermischen Behandlung bedürfen, sind die Kathode und die Anode. In einer Batterie sind sie von einer Membran in einem leitenden Elektrolyt getrennt. Der poröse Separator verhindert interne Kurzschlüsse und die Elektrolyten ermöglichen einen kontrollierten Ladungstransfer zwischen den beiden Elektroden.

Funktion von Batterien

Großes mediales Interesse liegt derzeit auf Lithiumverbindungen als Kathodenmaterial, die Anode ist dann meist kohlenstoffhaltig, zum Beispiel aus Graphit. Am Beispiel der Lithium-Ionen-Batterie: Beim Laden wandern Lithium-Ionen durch die Membran von der Kathode zur Anode. Dieser Transfer schließt auch Elektronen mit ein, die frei über den externen (Lade-)Kreislauf wandern und sich an der Anode wieder mit dem Lithium verbinden. Wird ein Verbraucher angeschlossen, schließt sich der Stromkreis und die Batterie entlädt sich, eine umgekehrte Reaktion erfolgt: Lithium-Ionen wandern zurück in das Metalloxid und Elektronen fließen über den Stromkreis zur Kathode zurück. Unterwegs wird der Verbraucher mit Energie versorgt.

Leistungsparameter der Batterien

Das volle Potenzial aufladbarer Batterien ist noch keineswegs erreicht! Die Forschung an neuen Materialien bringt ständig neue Erkenntnisse und die Prozessentwicklung für den Industriemaßstab bedarf mit jeder neuen Generation einer neuen Umsetzung. Treibende Kraft hinter der konstanten parallelen Forschung ist der Kundenwunsch nach längeren Lebenszeiten, höherer Kapazität, weniger Gewicht und höherer Sicherheit. Hier stecken enorme ökonomische Potenziale, das Entwicklungsrennen ist noch immer offen!

Die wichtigsten Parameter für Forschung und Entwicklung sind dabei:

Energiedichte

  • Die gravimetrische und volumetrische Energiedichte zeigt, wie viel Energie im Verhältnis zur Masse und zum Volumen gespeichert werden kann. Gerade für den mobilen Einsatz in Autos oder Smartphones ist eine hohe Energiedichte entscheidend.

Kapazitätsverlust

  • Batterien haben eine begrenzte Lebensdauer. Nach einer bestimmten Anzahl von Ladezyklen verlieren sie an Kapazität, selbst ohne Benutzung. Für nachhaltige Batterien in der Zukunft ist es also wesentlich, diesen Kapazitätsverlust zu minimieren.

Kosten

  • Wenn Batterien in Zukunft als Energiespeicher im großen Maßstab dienen sollen, müssen die Kosten für hochqualitative Einheiten weiter fallen. Dazu werden neben Skaleneffekten bei bekannten Technologien auch die Forschung an günstigen und leicht verfügbaren Batteriematerialien beitragen.

Maximaler Lade- und Entladestrom

  • Für einen effektiven Einsatz müssen Batterien schnell zu laden sein. Niemand will stundenlang darauf warten, mit seinem Elektroauto weiter fahren zu können. So ist die Lade- und Entladegeschwindigkeit ein bedeutender Faktor, der die Verbreitung von Batterien und alternativen Antrieben mitbestimmen wird.

Sicherheit und Vorschriften

  • Sicherheitsrichtlinien für eine Hochleistungstechnologie wie Batterien sind vielfältig. Bei IBU-tec haben wir Erfahrung damit, diese Anforderungen zu erfüllen und Ihr Risiko so zu minimieren.

Entwicklung neuer Batteriematerialien für gesteigerte Leistung

Die Leistungsparameter einer Batterie werden größtenteils von den verwendeten Materialien und deren Qualität bestimmt. So liegt der Fokus stets darauf, neue und bessere Batteriematerialien zu entwickeln, die den wachsenden Anforderungen gerecht werden. Eine zentrale Rolle dafür nehmen die Kathoden- und Anodenmaterialien ein. Diese benötigen eine Temperaturbehandlung, ein Schritt, für den Sie bei IBU-tec ideale Bedingungen vorfinden: Ein breites Anlagenportfolio und jahrelange Erfahrung in der thermischen Verfahrenstechnik werden Ihnen helfen, in hoher Qualität zu entwickeln und zu produzieren.

Unsere Erfahrung umspannt verschiedene Materialien für Anoden, Kathoden und weitere Batteriekomponenten. Wenn Sie also bei Projekten mit Batteriematerialien Unterstützung benötigen, beraten wir Sie gerne.