14.12.2023I Batterien sind entscheidend für den Wandel in Mobilität und Energieversorgung. Der meist verbaute Batterietyp in Elektroautos und die damit einhergehende Rohstoffknappheit stellt für die Hersteller eine große Herausforderung dar.
Eine alternative Strategie verfolgen Forschende der Hochschule Aalen unter Leitung von Prof. Dr. Volker Knoblauch. Sie setzen auf Natrium-Ionen-Batterien. Hierbei sollen Holzabfälle als Ausgangsmaterial für Batteriebestandteile verwendet werden. Das neue Projekt wird von der Carl-Zeiss-Stiftung mit rund einer Million Euro gefördert.
Problemlöser: Holzabfälle
In Anbetracht der Energiewende gewinnt der effiziente Umgang mit Ressourcen und die Entkopplung des Ressourcenverbrauchs vom ökonomischen Wachstum zunehmend an Bedeutung. Lithium-Ionen-Batterien sind zwar sehr leistungsfähig, aber die verfügbaren Ressourcen sind begrenzt. Eine nachhaltige, kostengünstige Alternative bietet die Natrium-Ionen-Batterien. Holzabfälle helfen in der Herstellung. Dieses Modell ist in der Praxis aber noch nicht konkurrenzfähig.
In Na-Ionen-Batterien wird überwiegend harte Kohlenstoffe (Hard Carbons) verarbeitet. Diese lassen sich ressourcenschonend durch eine sogenannte Pyrolyse – die thermische Spaltung chemischer Verbindungen – aus pflanzlichen Stoffen wie beispielsweise Holzabfällen gewinnen. Deren stark schwankende Zusammensetzung führt bisher zu nicht tolerierbaren Eigenschaftsschwankungen.
Hoffnung auf nachhaltige Batteriespeicher
Das Projekt „HANa“ (Hoch performante Anodenmaterialien für ressourcenschonende Na-Ionen-Batterien auf Basis von Lignin und Hemicellulose aus Laub- und Nadelholzabfällen) arbeitet an diesem Problem. Mit einem neuartigen Holzaufschlussverfahren werden aus Holzabfällen die Bestandteile Lignin und Hemicellulose mit definierten Eigenschaften gewonnen. Diese werden anschließend zu harten Kohlenstoffen pyrolysiert, damit sie eine gleichbleibend hohe Qualität aufweisen. HANa bildet dabei die komplette Prozesskette von Holzaufschluss, über Pyrolyse, Elektrodenentwicklung bis zum Verbau und Test in Batteriezellen ab. In der interdisziplinären Projektgruppe unter der Leitung von Prof. Dr. Volker Knoblauch vom Institut für Materialforschung (IMFAA) sind mit Prof. Dr. Katharina Weber vom Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen (FINO) und Prof. Dr. Willi Kantlehner ausgewiesene Experten aus den Bereichen organische Chemie sowie Materialwissenschaft und Batterietechnologie vertreten.
„Es wäre ein riesiger Schritt auf dem Weg zu nachhaltigen Batteriespeichern, und wir freuen uns sehr, dass wir von der Carl-Zeiss-Stiftung den Zuschlag bekommen haben“, fasst Knoblauch die Vorfreude der Aalener Forschenden auf das Projekt zusammen.
