Die europäische Batterieindustrie benötigt nachhaltige Materialien, die den steigenden Leistungsanforderungen entsprechen und die Umweltbelastung der Batteriefertigung und -nutzung minimieren. Das Forschungsprojekt HiQ-CARB zielt darauf ab, die Menge der in Batterieelektroden erforderlichen leitfähigen Additive zu reduzieren, indem ressourcensparende Kohlenstoff-Nanotubes (CNTs) und »Acetylene Black« aus erneuerbaren Rohstoffen kombiniert werden, um auch deren CO2-Fußabdruck zu verringern. Acetylene Black ist eine spezielle Kohlenstoffart, deren elektrische Leitfähigkeit und Reinheit zu einer höheren Leistungsdichte und einer längeren Lebensdauer bei Lithium-Ionen-Batterien beiträgt. Dies führt zu Kosteneinsparungen und verbessert gleichzeitig die elektrochemische Leistung der Batterien. Das üblicherweise verwendete leitfähige Carbon Black als Additiv in der Produktion von Batterieelektroden ist fossilen Ursprungs und hat daher einen ungünstigen CO2-Fußabdruck.
Neue Additive mit einem geringeren CO2-Fußabdruck können in die Produktion integriert werden
Die Kombination von Kohlenstoffadditiven ermöglicht eine Verbesserung der erreichbaren Leitfähigkeiten und damit eine Reduzierung der insgesamt in den Batterieelektroden benötigten Menge, was zu leichteren, kostengünstigeren und leistungsstärkeren Lithium-Ionen-Batterien beiträgt. Der Projektpartner CustomCells stellte seine Produktionsanlagen zur Verfügung, um die neuen Additive direkt in der Batteriefertigung anstelle des zuvor verwendeten fossilen leitfähigen Carbon Black zu verwenden.
Wie »grüne Batterien« von den HiQ-CARB-Ergebnissen profitieren
Die Produktion von Acetylene Black wurde auf über 3000 metrische Tonnen hochskaliert, und dünnere CNT wurden entwickelt, um den industriellen Anforderungen gerecht zu werden. Dies hat eine Grundlage für eine umweltfreundlichere Produktion von Batterieelektroden geschaffen. Mit den neuen Mischungen aus leitfähigen, umweltfreundlicheren Kohlenstoffadditiven entwickelten die Projektpartner Fraunhofer ISC und Aalto-Universität Rezepte für »Hochenergie«- und »Hochleistungs«-Kathodenmaterialien und verarbeiteten diese zu entsprechenden Kathoden. Die Bewertung im Labormaßstab zeigte gute Ergebnisse und vor allem klare Vorteile gegenüber herkömmlichen leitfähigen Additiven.
Bessere Ökobilanz
Die umfassende Überprüfung von Lebenszyklusanalysen (LCA), die von der Universität Bordeaux durchgeführt wurden, ergab, dass die Produktion von Acetylene Black von ORION ein Treibhauspotenzial von nur etwa 1,5 kg CO2-Äquivalent pro Kilogramm hat (für Experten: hauptsächlich aufgrund von Scope 3-Emissionen). Mit 3,5 kg bis 3,9 kg CO2-Äquivalent pro Kilogramm ist die Ökobilanz von konventionell produziertem Carbon Black deutlich höher. Diese Ergebnisse unterstreichen die Notwendigkeit nachhaltigerer Produktionsmethoden. Das Projekt unterstützte auch die Ausbildung von Fachkräften in der Wertschöpfungskette von Lithium-Ionen-Batterien.
