SPRINT

Weltweit steigt die Nachfrage nach technisch robusten und preiswerten Energiespeichern, um gegenwärtig nicht benötigte Energie für eine spätere Nutzung vorzuhalten. Aktuell wird die hohe Nachfrage größtenteils durch Lithium-Ionen-Batterien gedeckt, die jedoch einige Nachteile aufweisen. So sind sie in der Herstellung sehr teuer und erfordern kritische Rohstoffe, die hinsichtlich der Lieferketten wiederum mit geopolitischen Abhängigkeiten verbunden sind. 

Eine für das Problem vielversprechende Alternative bietet die Natrium-Ionen Batterie. Als Bestandteil von Kochsalz (NaCl) ist Natrium wesentlich preiswerter als Lithium und weltweit leicht und praktisch unbegrenzt verfügbar. NaCl ist mengenmäßig der zweitgrößte Bestandteil von Meerwasser und sowohl die Gewinnung von Meersalz als auch der Abbau untertägiger Salzvorkommen sind seit Jahrhunderten etabliert. Daraus ergibt sich ein Kostenvorteil bei den Rohmaterialien der Batterieherstellung und perspektivisch eine günstigere Fertigung als bei der Lithium-Ionen-Technik. Dadurch eignen sich Natrium-Ionen-Batterien zum einen für Energiespeicher, bei denen es nicht auf das Gewicht ankommt (z.B. Speicherkraftwerke für Wind- und Solarenergie). Zum anderen rücken mit fortschreitender Entwicklung aber auch zunehmend mobile Anwendungen wie E-Autos in den Blickpunkt. Hierbei kommen gegenüber Lithium-Ionen-Batterien grundsätzlich schnellere Ladezeiten hinzu.

Das von der europäischen Union finanzierte Projekt SPRINT soll die beschriebene Natrium-Ionen-Batterietechnologie weiterentwickeln, um sie für möglichst viele Anwendungen kommerziell verfügbar zu machen. Dazu bündeln europaweit insgesamt 18 Partner aus Industrie und Forschung ihre Kompetenzen.

Der Ansatz von SPRINT konzentriert sich hierbei auf die Verwendung reichlich vorhandener, ungiftiger und aus der EU stammender Materialien, um die Sicherheit, Leistung und Skalierbarkeit der Batterien zu verbessern. 

Folgende Innovationen zur Weiterentwicklung der Natrium-Ionen-Batterietechnologie werden angestrebt:

• Die Herstellung optimierter Natrium-Eisenphosphat Materialien (NFP) für Kathoden durch neuartige Synthesetechniken
• Herstellung nachhaltiger kohlenstoffartiger Materialien, die aus einer validierten Lieferkette für Waldreststoffe in Nordeuropa stammen
• Nutzung lösungsmittelfreier und trockener Herstellungsverfahren für eine bessere Skalierbarkeit und Kommerzialisierung
• Einsatz quasi-fester Polymer- und Verbundelektrolyte (Mischform von flüssigen und festen Elektrolyten) als lösungsmittelfreie Alternative zu brennbaren flüssigen Elektrolyten
• Integration PFAS-freier Bindemittel zur Verbesserung der Nachhaltigkeit bei der Batterieherstellung

Das Fraunhofer IWKS ist dabei federführend bei der Entwicklung von Quasi-Festkörperelektrolyten und analysiert darüber hinaus für den gesamten Herstellungsprozess die ökologischen Auswirkungen unter Einbeziehung von (Social-) Life Cycle Assessment Methoden.

Zur praktischen Demonstration werden im Projekt an zwei europäischen Standorten Teststände für entwickelte Natrium-Batteriesysteme aufgebaut. In Österreich sollen die Batterien speziell auf den Einsatz in der Zwischenspeicherung von Strom aus öffentlichen Stromnetzen (Netzausgleichsdienst) getestet werden, während in Litauen der Einsatz als Stromspeicher in Photovoltaikanlagen, sowie die Steigerung der Netzkapazität beim Laden von Elektrofahrzeugen im Fokus steht. Darüber hinaus arbeitet SPRINT auch mit außereuropäischen Interessensvertretern in Marokko, Tunesien, Kenia und Sierra Leone zusammen, um noch breitere Anwendungsmöglichkeiten  zu erkunden.

Zu den erwarteten Auswirkungen der im Projekt durchgeführten Entwicklungsarbeiten gehören :

1. Senkung der Kosten auf 0,04 € / kWh und Zyklus
2. Verbesserung der Energiedichte von Batterien (> 200 Wh/kg & 420 Wh/L)
3. Verbesserung der Leistungsabgabe (> 500 W/kg)
4. Erhöhung der Lebensdauer der Zellen auf voraussichtlich mehr als 5.000 Zyklen
5. Gewährleistung eines sicheren und leckagefreien Betriebs als Voraussetzung für eine hohe Marktdurchdringung