Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSEntwicklung von Natrium-Ionen-Batterie in Deutschland
Motivation
Die globale Transformation der Energie- und Verkehrswirtschaft erfordert leistungsfähige Speichersysteme, die unabhängig von kritischen Rohstoffen wie Lithium, Kobalt oder Nickel funktionieren. Angesichts volatiler Rohstoffpreise und geopolitischer Abhängigkeiten bei klassischen Lithium-Ionen-Batterien (LIB) gewinnt die Natrium-Ionen-Batterie (SIB) als nachhaltige und kostengünstige Alternative massiv an Bedeutung. Natrium ist weltweit nahezu unbegrenzt und kostengünstig verfügbar, was die Resilienz europäischer Wertschöpfungsketten stärkt.
Während internationale Wettbewerber bereits erste SIB-Serienfahrzeuge auf den Markt bringen, ist die industrielle Basis in Deutschland noch im Aufbau. Das Projekt SIB:DE Entwicklung setzt hier an, um durch die Bündelung von 12 Industrie- und 14 akademischen Partnern ein souveränes deutsches Ökosystem für diese Schlüsseltechnologie zu etablieren. Ziel ist es, Deutschland technologisch an die Weltspitze zu führen und marktreife, wettbewerbsfähige Speicherlösungen für mobile und stationäre Anwendungen »Made in Germany« zu realisieren.
Ziele und Vorgehen
Das übergeordnete Ziel von SIB:DE ist die schnelle Befähigung der Industrie zur großskaligen Produktion von Natrium-Ionen-Zellen. Hierzu nutzt das Projekt einen dualen Ansatz: Der »Industriestream« fokussiert sich auf die unmittelbare Nutzbarkeit bestehender LIB-Produktionslinien (Drop-in-Technologie), während der »Innovationsstream« neuartige Verfahren zur Effizienzsteigerung validiert.
Das Fraunhofer IWS leitet dabei wesentliche technologische Entwicklungen ein. Ein zentraler Baustein ist die Implementierung des lösemittelfreien Trockenbeschichtungsverfahrens (DRYtraec®), welches den Energieaufwand in der Elektrodenherstellung drastisch reduziert und ökologische Vorteile bietet. Die Vorgehensweise umfasst zudem die elektrochemische Bewertung der entwickelten Elektroden, um deren Leistungsfähigkeit präzise zu steuern. Darauf aufbauend verantwortet das Fraunhofer IWS die SIB-Zellentwicklung in anwendungsrelevanten Pouchzellformaten bis zu 25 Ah, wodurch der Transfer von der Forschung in die industrielle Kleinserie direkt vorbereitet wird.
Innovation und Perspektiven
Die technologische Innovation des Projekts liegt in der Verbindung von Prozess- und Zellentwicklung für die nächste Generation der Batteriefertigung. Besonders die am Fraunhofer IWS vorangetriebene Trockenbeschichtung stellt einen Paradigmenwechsel dar, da sie auf toxische Lösemittel verzichtet und die Produktionskosten signifikant senkt. Durch die systematische Untersuchung von Schichtoxiden (NFM) und deren prozesstechnische Optimierung wird eine Energiedichte und Zyklenstabilität angestrebt, die SIB für den Massenmarkt attraktiv macht. Die Perspektiven reichen weit über das Projektende hinaus: Mit der Erstellung einer virtuellen Zellfertigung und einer umfassenden Bewertungsmatrix für die Serienproduktion wird die Grundlage für künftige Gigafactories in Deutschland gelegt. Langfristig sichert dieser ganzheitliche Ansatz – vom innovativen Materialeinsatz über die hocheffiziente Fertigung am Fraunhofer IWS bis hin zum geschlossenen Recyclingkreislauf – die technologische Souveränität und Wettbewerbsfähigkeit Deutschlands im globalen Batteriemarkt.