Kobalt wird in allen heute gängigen Kathodenmaterialien (10 – 33 Molprozent) von Lithium-Ionen-Zellen verwendet, auch bei den modernsten Kombinationen. Es sorgt für die nötige Stabilität und Energiedichte und ist damit wichtig, um Hochleistungs-Akkus für Autos oder stationäre Speicher die nötige Lebensdauer und Reichweite zu verschaffen. Kobalt ist aber toxisch, auf der Erde nur begrenzt verfügbar und wird von der Europäischen Union als kritischer Rohstoff eingestuft. Um Kobalt künftig ersetzen zu können haben die Wissenschaftler am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff -Forschung Baden-Württemberg (ZSW) bereits 2015 im Projekt „LiEcoSafe“ auf der Basis von LiNi0.5Mn1.5O4 ein neues, kobaltfreies Kathodenmaterial mit sehr erfolgversprechenden Eigenschaften in Bezug auf Energie- und Leistungsdichte und Sicherheit entwickelt und im Labormaßstab erzeugt.
Aufgabe des ZSW in LiEcoSafe II ist es, die Funktions- und Prozessfähigkeit des Materials durch Zell-Prototypen zu demonstrieren. Im Fokus sind großformatige PHEV-1- Zellen mit 23 Ah, wie sie in Elektroautos verwendet werden. Um solche Zellen herstellen zu können, sind mehrere Kilogramm Materialpulver zum Beschichten der Elektroden notwendig (s. Abb. oben). Damit diese Mengen des kobaltfreien Kathodenmaterials hergestellt werden können, hat das ZSW sein Syntheselabor um einen Reaktor erweitert, mit dem bis zu 30 Kilogramm Materialpulver hergestellt werden können (s. Abb. unten). Die Produktion der Batteriezellen soll auf der „Forschungsplattform für die industrielle Produktion von großen Lithium-Ionen-Zellen (FPL)" erfolgen.
Die Verfügbarkeit sicherer, umweltverträglicher und kostengünstiger Lithium-Ionen-Batterien ist eine zentrale Herausforderung für die Elektromobilität und die Zwischenspeicherung regenerativer Energien. Im Projekt vom ZSW koordinierten Projektverbund „Li-EcoSafe II“ forschen insgesamt mehr als 20 Wissenschaftler des ZSW, der Universität Ulm, des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) gemeinsam daran, Lithium-Ionen-Batterien effizienter, kostengünstiger und sicherer zu machen.
