Bald Batterien ohne Kobalt?

Energiespeicher-Startup SPARKZ erwirbt ORNL-Lizenzen

Das Energiespeicher-Startup SPARKZ Inc. hat am 05.02.2020 exklusiv fünf Batterietechnologien vom Oak Ridge National Laboratory des US-Energieministeriums in Lizenz genommen, die Kobaltmetall in Lithium-Ionen-Batterien eliminieren sollen. Die Weiterentwicklung soll die Produktion von Elektrofahrzeugen und Energiespeicherlösungen für das Stromnetz beschleunigen. Zu den in Lizenz erworbenen Technologien gehören Kathodenmaterialien, eine neuartige Elektrolytrezeptur und ein Skalierungsverfahren, die zusammen die Produktion nachhaltigerer, schnell aufladender kobaltfreier Batterien im industriellen Maßstab ermöglichen werden.

Kobalt ist ein seltenes, kostspieliges und schwer zugängliches Metall, das die Leistung von Lithium-Ionen-Batterien in der Unterhaltungselektronik, z.B. in mobilen Geräten und Elektrofahrzeugen erhöht, aber die Sicherheit verringert. Das Metall wird speziell in der Kathode einer Batterie verwendet, dem positiv geladen  en Ende, das einen Großteil der Leistung einer Batterie bestimmt. Da Kobalt jedoch kostspielig ist und im Ausland abgebaut wird, hat die Suche nach alternativen Materialien höchste Priorität.

“Auf dem Weg zu einer elektrifizierten Welt mit Millionen von Elektroautos ist Kobalt nicht nachhaltig”, sagte Ilias Belharouak, Gruppenleiter in der Abteilung für Energie- und Verkehrswissenschaften des ORNL.

Laut einem Bericht der Global Battery Alliance des Weltwirtschaftsforums wird der weltweite Batteriebedarf bis 2030 voraussichtlich auf das 14-fache des Volumens von 184 Gigawattstunden oder GWh im Jahr 2018 auf über 2.600 GWh ansteigen. Der Großteil dieses Wachstums wird voraussichtlich im Mobilitätssektor stattfinden, einem Schwerpunkt der lizenzierten Technologien.

ORNL-Postdoc Nitin Muralidharan führt die Synthese eines Kathodenmaterials unter Verwendung eines kontinuierlichen Rührkesselreaktors zur Entwicklung kobaltfreier Batterien durch – Foto © Ilias Belharouak/Oak Ridge National Laboratory, U.S. Department of Energy

“Das Oak Ridge National Laboratory freut sich, diese Reihe von fortschrittlichen Batterietechnologien zur Unterstützung effizienter, erschwinglicher Energiespeicherung für Elektrofahrzeuge zu lizenzieren”, sagte Moe Khaleel, stellvertretender Laborleiter der Direktion für Energie- und Umweltwissenschaften des ORNL. “Unsere Wissenschaftler gehen an die Grenzen dessen, was mit Materialwissenschaft und Verfahrenstechnik möglich ist. Durch die Zusammenarbeit mit Industriepartnern wie SPARKZ Inc. können wir dazu beitragen, den Übergang dieser Technologien zur Marktreife zu beschleunigen, um die größtmögliche gesellschaftliche Wirkung zu erzielen”.

SPARKZ Inc. evaluiert einen Standort für eine F&E- und Prototyping-Einrichtung in den USA, um diese Technologien so zu skalieren, dass sie den Anforderungen der Kunden im Mobilitäts- und Netzsektor gerecht werden.

“Wir haben uns für Oak Ridge National Laboratory als Partner entschieden, weil ORNL all jene Funktionalitäten bietet, die für die schnelle Markteinführung eines Produkts unerlässlich sind, nämlich Zugang zu den weltbesten Batterietechnikern oder zum Humankapital, Zugang zur besten Technologie oder zum intellektuellen Kapital und Zugang zur besten Infrastruktur”, so SPARKZ Inc. CEO Sanjiv Malhotra sagte.

SPARKZ Inc. lizenzierte ORNL-entwickelte Technologien sind

  • Sekundärlithiumbatterien mit hoher Energiedichte: Dieses Design von Lithiumbatterien mit hoher Energiedichte verwendet neuartige Kathoden- und Anodenzusammensetzungen, um die Beschränkungen der Energiedichte der bestehenden Technologien für effizientere wiederaufladbare Batterien zu überwinden.
  • Kobaltfreie, geschichtete Oxidkathoden: Dieses kostengünstige, kobaltfreie Kathodenmaterial wurde für die Entwicklung verbesserter Lithium-Ionen-Batterien entwickelt.
  • Nichtwässriger Elektrolyt mit Lithium-Bis(fluorsulfonyl)imid-Salz zum schnellen Laden/Entladen von Lithium-Ionen-Batterien: Elektrolyte sind das flüssige Medium, durch das Kathoden und Anoden in Batterien durch den Austausch von Elektronen miteinander “sprechen”. Diese neue Elektrolytformulierung ermöglicht ein schnelleres Aufladen von Lithium-Ionen-Batterien und kann bei einer 12-minütigen Ladung eine um 23% höhere Kapazität aufweisen als andere Formeln.
  • Frühe Übergangsmetall-stabilisierte oxidativ stabile Kathoden hoher Kapazität von Lithium-Ionen-Batterien: Diese Innovation verbessert die Lithium-Ionen-Kathoden, indem sie frühe Übergangsmetalle, nämlich Kobalt, an relevanten Stellen in den Kathoden ersetzt und die Lithium-Zusammensetzung variiert.
  • Die Batteriematerialien werden vergrößert und verarbeitet: Diese Herstellungsinnovation ermöglicht die industrielle Herstellung von Batteriematerialien durch eine Reihe von chemischen Prozessen.

“Das Markenzeichen der Technologien des Oak Ridge National Laboratory ist die Entwicklung kostengünstiger, kobaltfreier Kathodenmaterialien ohne Kompromisse bei der Energiedichte”, sagte Jagjit Nanda, Hauptforscher für mehrere der lizenzierten Technologien, der in der Abteilung für chemische Wissenschaften des ORNL arbeitet. Die Energiedichte, d.h. die Menge der Ladung, die eine bestimmte Menge eines Materials enthält, ist für EVs besonders wichtig. Schnell aufladbare, energiedichte Batterien, die von der ORNL entwickelt und von SPARKZ skaliert wurden, könnten es ermöglichen, dass elektrische Ladestationen die “Tankstellen der Zukunft” übernehmen.

“Ich betrachte dies als eine sehr strategische Partnerschaft”, sagte Belharouak. “Sie wird ORNL als ‘Motor’ der Energiespeicherforschung in der Südost-Region der Vereinigten Staaten etablieren.” 2019 wählte das Büro für Energieeffizienz und Erneuerbare Energien des DOE, Büro für Fahrzeugtechnologien, die ORNL-SPARKZ-Partnerschaft für die Investitions-Inkubatoraktivität des DOE Lab, die sich auf reifende Technologien im Labormaßstab für die Kommerzialisierung konzentriert.

Die Partnerschaft wurde 2019 auch für ein mit 750.000 Dollar dotiertes Projekt des DOE Technology Commercialization Fund ausgewählt, das “die Ermöglichung einer kobaltfreien Batterielösung für die Hinter-dem-Meter-Speicherung” vorsieht.

SPARKZ, Inc. wurde 2019 von Sanjiv Malhotra gegründet, der als Wissenschaftler, Unternehmer, Risikokapitalgeber und im öffentlichen Sektor tätig war, unter anderem als erster Direktor des Energy Investor Center des DOE überhaupt. Er gründete 2004 das Methanol-Brennstoffzellen-Unternehmen Oorja Protonics, Inc. und verkaufte es 2014 an eine private Beteiligungsgesellschaft.

Das DOE-Büro für Energieeffizienz und Erneuerbare Energien, Büro für Fahrzeugtechnologien, unterstützte die ersten Forschungsarbeiten, die diese Technologieentwicklung ermöglichten. Zu den Erfindern der lizenzierten Technologien gehören Ilias Belharouak, Jagjit Nanda, Nancy Dudney, Sreekanth Pannala, Chaitanya Narula, Raymond Unocic, Surendra Martha, Marissa Wood, Chengyu Mao, Jianlin Li, Zhijia Du, David Wood, Ethan Self, Devendrasinh Darbar und Nitin Muralidharan. Informationen zur ORNL-Lizenzierung erhalten Sie unter www.ornl.gov/partnerships.

UT-Battelle verwaltet ORNL für das Wissenschaftsbüro des DOE. Das Office of Science ist der größte Unterstützer der Grundlagenforschung in den physikalischen Wissenschaften in den Vereinigten Staaten und arbeitet an der Bewältigung einiger der dringendsten Herausforderungen unserer Zeit. Für weitere Informationen https://energy.gov/science. ( Abby Bower)

->Quellen: