HighSpin

Europa setzt verstärkt auf die Forschung und Entwicklung von Batteriematerialien für die Elektromobilität und die Aeronautik. Das wegweisende Projekt HighSpin trägt maßgeblich zur Weiterentwicklung dieser Industriezweige bei. Im Fokus stehen die Stärkung europäischer Hersteller sowie die Schaffung leistungsfähiger und umweltverträglicher Zellchemien im Rahmen des European Green Deal.

Die Notwendigkeit einer nachhaltigen Batterieproduktion für die Elektromobilität wurde bereits 2017 von der EU und der Kommission erkannt. Das Projekt HighSpin baut auf dieser Erkenntnis auf und setzt den Weg fort, klimafreundliche Batteriematerialien zu erforschen. Der Schlüssel hierzu liegt in der Weiterentwicklung der Zellchemie, um kritische Rohstoffe zu vermeiden und gleichzeitig den Prinzipien der Kreislaufwirtschaft gerecht zu werden. Ein bedeutender Fortschritt liegt dabei in der Kobaltfreiheit. Angestrebt wird die Entwicklung einer Zelle, die eine Anode aus Silizium/Graphit und eine Kathode aus Lithium-Nickel-Mangan-Oxid aufweist. Für einen nachhaltigen Lebenszyklus der Batterie spielen auch ressourcenschonende Herstellung, Second-Life-Anwendungen und effizientes Recycling eine entscheidende Rolle. Auch die Skalierbarkeit der Herstellung vom Labor bis zum industriellen Maßstab wird überprüft.

Das vom AIT koordinierte europäische Projekt HighSpin knüpft an die Erfolge des Vorgängerprojekts 3beLiEVe an und fokussiert sich auf die Materialforschung für Batterien. Übergeordnetes Ziel ist es, die Energiedichte und Leistungsdichte der Batterien zu erhöhen, um den Anforderungen der Elektromobilität gerecht zu werden.

Das Hauptziel besteht darin, eine Zelle mit einer Energiedichte von 390 Wh/kg und einer Lebensdauer von mindestens 2000 Ladezyklen zu realisieren. Der Schwerpunkt liegt auf der Materialentwicklung und der optimierten Abstimmung der daraus hergestellten Elektroden (Kathode und Anode) sowie des Elektrolyts. Für die Elektroden werden zudem innovative 3D-Beschichtungsstrukturen zur Steigerung der Leistungsdichte erforscht. Die Architektur der so entwickelten Zellen wird – ausgehend von der gleichen Materialbasis – auf die jeweiligen Anforderungen von Fahr- und Flugzeugen optimiert. Die Zellen werden in Modul-Demonstratoren mit hoher Energiedichte, Leistungsdichte und langanhaltender Lebensdauer für Fahrzeuge sowie Flugzeuge eingebaut und getestet. Für die Aeronautik-Anwendungen wird ein eigenes, flexibel einsetzbares Modul entwickelt.

Die Batteriezellen dieser Generation zeichnen sich durch ihren flexiblen Einsatz und die Verwendung von flüssigen Elektrolyten aus, was die Weiterverwendung bestehender Produktionsanlagen ermöglicht. Zukünftige Festkörperbatterien würden bereits andere Produktionsverfahren und somit Investitionen in neuartige Fertigungsanlagen erfordern. In HighSpin werden außerdem zwei unterschiedliche Recycling-Verfahren getestet, um aus verbrauchten Zellen hochwertige Metalle für die Herstellung frischer Zellen zu gewinnen und somit einen Beitrag zu einer effizienten Kreislaufwirtschaft zu leisten.

Das Projekt erstreckt sich über die Material- und Zellentwicklung für den Automobil- und Aeronautiksektor, das Design eines Aeronautik-Moduls, sowie entsprechende technologische Bewertungen, um das Erreichen von TRL 6 (Technology Readiness Level/Technologiereifegrad 6) zu überprüfen.

Das HighSpin-Konsortium besteht aus 13 Partnern aus 8 europäischen Ländern und setzt die erfolgreiche Arbeit von 3beLiEVe fort. Als Projektkoordinator übernimmt das AIT auch in der inhaltlichen Arbeit eine zentrale Rolle: So werden im AIT-Batterielabor die selektierten Materialien als Elektroden beschichtet und in Pouchzellen assembliert. In den AIT-Labors wird somit hinsichtlich der Zellproduktion die Skalierbarkeit zwischen Labormaßstab und industriellem Maßstab gewährleistet.

AIT-Experte Boschidar Ganev, Projektleiter von HighSpin und dem Vorgängerprojekt 3beLiEVe, erklärt: "Wir setzen alles daran, die Erkenntnisse und Entwicklungen von 3beLiEVe bestmöglich zu nutzen, um performante und kreislaufwirtschaftsfähige Batterien zu entwickeln, die in Europa hergestellt werden. Unser Ziel ist es, eine nachhaltige und umweltfreundliche Mobilität im Sinne des Green Deal zu unterstützen."