Forscher aus Oberösterreich revolutionieren Batterien

Die nachhaltige Speicherung von elektrischer Energie gilt als eine der größten Herausforderungen dieses Jahrhunderts. Die Batterieherstellung ist eine der zukünftigen Schlüsselindustrien mit einem von der Europäischen Kommission geschätzten Marktpotenzial von 250 Milliarden Euro bis 2025. Der aktuelle Strukturwandel im Mobilitätssektor hat wesentlichen Einfluss auf die oberösterreichische Wirtschaft. Als industrie- und exportstarkes Bundesland sind Weiterentwicklungen in der Automobilbranche ebenso von zentraler Bedeutung für die Wettbewerbsfähigkeit des Standorts wie Systeminnovationen zur nachhaltigen Speicherung und Verteilung von Energie.

Fördermittel der EU für Oberösterreich

Priv. Doz. Dr. Ferry Kienberger, Projektkoordinator im NanoBat-Projekt und Country Manager Österreich bei Keysight Technologies, will mit Kreisel Electric, der JKU und neun akademischen sowie industriellen Partnern aus ganz Europa die Kosten der Batterieproduktion erheblich senken. Das soll den Übergang zu sauberer Energie und E-Mobilität in Europa begünstigen. Das Projektkonsortium wird in den nächsten drei Jahren fünf Millionen Euro aus dem europäischen Rahmenprogramm für Forschung und Innovation Horizon 2020 erhalten. Die oö. Standortagentur Business Upper Austria half Kienberger über das Enterprise Europe Network beim Förderantrag.

Erforschung des Aufladeprozesses

Im Projekt NanoBat soll eine Nanotechnologie-Toolbox für Lithium-Ionen-Batterien aufgebaut werden. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der SEI-Schicht (Solid Electrolyte Interphase), die sich als mikroskopisch dünne Schicht zwischen dem flüssigen Elektrolyt und der festen Elektrode beim ersten Aufladen einer Batterie bildet. Durch die Zersetzung des Elektrolyts bei der ersten Ladung entstehen Ablagerungen an der Elektrode. Die feste Zwischenschicht, die sich bildet, wird als SEI-Schicht bezeichnet. Die SEI-Schicht ist für die Leistung und Sicherheit von Batterien von zentraler Bedeutung, kann aber mit den derzeit verfügbaren Techniken nur schwer charakterisiert und optimiert werden.

Billigere Batterien

Mithilfe neuer nanoskaliger Hochfrequenz-Methoden will NanoBat die relevanten elektrischen Prozesse in der Batterie testen und quantifizieren – um mehrere Größenordnungen besser als dies derzeit verfügbare Techniken vermögen. Die Erkenntnisse dienen als Basis, um die Phase der ersten Aufladung einer Batterie zu beschleunigen und die Batterieherstellung dadurch kostengünstiger zu machen. Die Erstaufladung kann bis zu einer Woche dauern und ist mit hohen Produktionskosten verbunden. Dabei müssen alle Faktoren wie Temperatur oder Spannung stimmen, um eine optimale SEI-Schicht zu erhalten. Die Prozesse sind aber bisher nicht ausreichend erforscht.

Für mehr Lebensdauer und Leistung

„Eine moderne Traktionsbatterie, wie sie für elektrische Fahrzeuge eingesetzt wird, besteht aus bis zu mehreren tausend Li-Ion Akkuzellen. Die Lebensdauer sowie die Leistung des gesamten Systems hängen dabei von der schwächsten Zelle ab, also jene Zelle, welche am schnellsten altert“, erklärt Philipp Kreisel, CEO Kreisel Electric. Durch das Projekt NanoBat können in Zukunft einzelne Zellen genaustens auf elektro-chemischen Eigenschaften geprüft werden. So lassen sich potenziell schwache Zellen identifizieren und ausschließen. „Das führt dazu, dass das Risiko von verfrühten Alterungserscheinungen minimiert wird und die Nutzbarkeit von Hochvoltspeichern verlängert werden kann“, betont Philipp Kreisel.

Europas Wettbewerbsfähigkeit stärken

Im Laufe des dreijährigen Projekts werden die neuen Methoden zunächst in Pilotlinien getestet, die sich auf Batterien für E-Autos konzentrieren. Nach Abschluss des Projekts will das Projektkonsortium die Produktionsmethoden durch die Beteiligung von Global Playern der Automobilindustrie skalieren und auf weitere Märkte wie Spezialbatterien für Satelliten und grüne Gebäude ausdehnen. Projektleiter Ferry Kienberger ist überzeugt: „Die NanoBat-Entwicklungen werden die industrielle Wettbewerbsfähigkeit und Innovationskapazität der EU fördern. Daneben werden sie sich positiv auf die Kreislaufwirtschaft und den ökologischen Fußabdruck der Batterieproduktion auswirken. Die Entwicklungen führen zu großen Vorteilen für Hersteller und Kunden, wie z.B. zu weniger Abfall und Energieverbrauch und zu Batterien mit längerer Lebensdauer.“
www.nanobat.eu 

Europäisches Rahmenprogramm für Forschung und Innovation „Horizon 2020“

Im Rahmen von „Horizon 2020“ stehen von 2014 bis 2020 nahezu 80 Mrd. Euro zur Verfügung, die Projekte von der Grundlagenforschung bis zur innovativen Produktentwicklung fördern. Das Programm unterstützt u.a. Unternehmen und Kooperationen zwischen Wissenschaft und Wirtschaft. Exzellente Forschung sowie mehr innovative Produkte und Dienstleistungen gehören zu den wichtigsten Zielen des Programms. „Horizon 2020“ befindet sich bereits im Endspurt, Einreichungen sind noch bis Ende 2020 möglich. Die Vorbereitungen für das Nachfolgeprogramm „Horizon Europe“, das 2021 startet, laufen währenddessen schon auf Hochtouren. Seit dem EU-Beitritt Österreichs vor 25 Jahren werden die EU-Rahmenprogramme für Forschung und Innovation von den oberösterreichischen Betrieben und Forschungseinrichtungen intensiv genutzt: Mehr als 232 Mio. Euro an Fördergeldern konnten dadurch bereits nach Oberösterreich geholt werden. Die oö. Standortagentur Business Upper Austria berät und unterstützt auf dem Weg zu europäischen Forschungs- und Innovationsförderungen.
www.biz-up.at

Enterprise Europe Network (EEN)

Das Enterprise Europe Network ist das weltweit größte Business Support Netzwerk und steht Unternehmen mit 3.000 Experten/-innen in 60 Ländern bei sämtlichen Fragen zur Internationalisierung und bei der Suche nach Kooperationspartnern zur Seite. Business Upper Austria unterstützt im Rahmen des EEN seit 2008 die Internationalisierungsbestrebungen oö. Unternehmen in den Bereichen Forschung, Technologie und Innovation. Das Service reicht von der Analyse des Innovationsmanagements über die Beratung zu Schutzrechten, Verwertungsstrategien und europäischen Forschungsförderungen („Horizon 2020“) bis zur Suche und Vermittlung von internationalen Kooperationspartnern oder innovativen Technologien.
www.een.at 

Projektpartner

• Keysight Technologies GmbH (Koordination)
• Austrian Institute of Technology GmbH, Austria
• Centro Ricerche Fiat, Italy
• EURICE – European Research and Project Office GmbH, Germany
• Federal Institute of Metrology METAS, Switzerland
• IMDEA Energy Institute, Spain
• Johannes Kepler University Linz, Austria
• Kreisel Electric GmbH & Co KG, Austria
• Pleione Energy S. A., Greece
• QWED, Poland
• Ruhr-Universität Bochum, Germany
• Technische Universität Braunschweig, Germany