Das Fraunhofer ISE hat selbst gefertigte Batteriezellen mit siliziumreichen Anoden über mehr als 1000 Vollzyklen getestet. Danach besaßen sie laut Institut noch über 83 Prozent ihrer ursprünglichen Kapazität. Entscheidend war dabei ein äußerer Anpressdruck von 1000 Kilopascal. Die Forschungszellen erreichen eine Energiedichte von 280 Wattstunden pro Kilogramm. Für ein industriell optimiertes Zellformat erwartet das Institut etwa 330 Wattstunden pro Kilogramm.
Siliziumreiche Anoden versprechen höhere Energiedichten für Lithium-Ionen-Batterien. Das macht sie für Elektromobilität, Luft- und Raumfahrt sowie stationäre Speicher interessant. Ihre begrenzte Lebensdauer erschwert bislang jedoch den industriellen Einsatz.
Anpressdruck beeinflusst die Lebensdauer
Im Projekt StrOboBatt verglichen die Forschenden zwei axiale Anpressdrücke: 300 und 1000 Kilopascal. Die Zellen wurden jeweils innerhalb einer Stunde geladen beziehungsweise entladen. Bei 1000 Kilopascal blieb nach mehr als 1000 Vollzyklen die genannte Restkapazität erhalten. Unter dem geringeren Druck nahm die nutzbare Kapazität stärker ab. Äußerer Druck kann den elektrischen Kontakt verbessern und das Ablösen von Elektrodenmaterialien verringern.
Zudem wuchs der Abstand zwischen der Restkapazität bei niedriger Entladerate und der im regulären Betrieb verfügbaren Kapazität mit steigender Zyklenanzahl. Für mögliche Anwendungen muss deshalb auch die Leistungsfähigkeit unter entsprechenden Betriebsbedingungen bewertet werden.
Industrienahes Zellformat mit Silizium-Kohlenstoff-Anode
Die getesteten Pouchzellen besitzen 40 Lagen und eine Kapazität von 25 Amperestunden. Sie kombinieren eine Silizium-Kohlenstoff/Graphit-Anode mit einer nickelreichen Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid-Kathode. Der Silizium-Kohlenstoff-Komposit stellt 51 Prozent des Anodenaktivmaterials. Gefertigt wurden die Zellen auf einer halbautomatischen Linie am Fraunhofer ISE. Sie dienen als Referenz für die Untersuchung neuer Materialien, Zellkonzepte und Betriebsbedingungen.
