NASEBER

Natriumbasierte feste Sulfid- und Oxid-Elektrolyt-Batterie

Teilprojekt 1

Laufzeit: 01.01.2019 bis 31.12.2021

Fördersumme: 244.863,00 €

Projektvolumen: keine Angabe
 

ausführende Stelle:

Volkswagen AG, Abteilung Konzernforschung Antriebe Batterie
Berliner Ring  2
38440 Wolfsburg

zum Internetauftritt

Zuwendungsempfänger:

Volkswagen AG

zum Internetauftritt

Fördergeber: BMBF, Referat 523

Förderkennzeichen: 03XP0187A

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Kurzbeschreibung des Teilprojektes

  • Anforderungsableitung für natriumbasierte Feststoffbatterien für den Einsatz im automobilen Bereich auf Zell- und Materialebene
  • Berechung/Entwicklung des Zelldesigns für automotive Anwendungen
  • Herstellung und Test von Experimental- und Vollzellen nach automobilen Gesichtspunkten
  • Kostenbewertung von Materialien und Zellen, sowie der Ökobilanz bei Industrialisierung
  • Computergestützte Modellierung und Optimierung von Performanceparametern der zu entwickelnden Zellen
  • Entwicklung und Testung von Schutzschichten für Aktivmaterialien


Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

Volkswagen AG strebt im Verbundvorhaben die vorwettbewerbliche Entwicklung einer natriumbasierten Festkörperbatteriezelle an, die mittel- bis langfristig industrialisiert den Anforderungen an einen reversiblen Energiespeicher hinsichtlich Reichweite, Sicherheit und Kosten gerecht werden kann. Bei Volkswagen als potentiellem Endnutzer der Batterien steht die Entwicklung eines kostengünstigen und umweltverträglichen Hochenergiespeichers im Vordergrund.
Das Projekt NASEBER ermöglicht es Volkswagen, diese neue Technologie im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit im Forschungsstadium bewerten zu können.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Volkswagen übernimmt die Anforderungsableitung für Batterien und Materialien und lenkt auf diese Weise den Fokus vom Projektstart an auf die Berücksichtigung automobiler Anforderungen. Hierbei wird die Erfahrung in der Definition aktueller und zukünftiger Fahrzeuge und Antriebskonzepte vorteilhaft in das Projekt NASEBER eingebracht.
Die Beschichtung von Aktivmaterialien ist ein gängiges Vorgehen, um die Lebensdauer und Leistungsfähigkeit von Batteriezellen zu erhöhen. Volkswagen wird die Partner bei der Entwicklung geeigneter schützender Beschichtungen für Kathodenaktivmaterialien und Festelektrolytmembranen unterstützen und selbst mittels verschiedener Verfahren Schutzschichten auf die Werkstoffe aufbringen.
Zudem wird Volkswagen selbst natriumbasierte Feststoffbatterien im Labormaßstab fertigen und basierend auf Modellierungsergebnissen einen erheblichen Beitrag zur schnellen Entwicklung dieser Technologie leisten. Hierzu gehört auch die aktive Mitarbeit bei den Arbeiten zu Zelldesign, Experimentalzellen und Batterievollzellen bei den anderen Partnern. Als potentieller Endnutzer der Feststoffbatterie steht bei Volkswagen die Entwicklung eines kostengünstigen und umweltverträglichen Hochenergiespeichers im Vordergrund. Daher entwickelt Volkswagen ein Kalkulationsmodell zur Herstellkostenplanung zukünftiger natriumbasierter Feststoffzellen, die gegenwärtig noch nicht in Serienproduktion hergestellt werden können. Auf diese Weise wird die neue Technologie im Hinblick auf ihre Wirtschaftlichkeit in einem frühen Entwicklungsstadium bewertet. Neben den schon genannten Aspekten Erhöhung der Sicherheit, der Energiedichte und der Lebensdauer, bieten neue Zelltechnologien zusätzlich das Potenzial zur Verbesserung des Umweltprofils von Elektrofahrzeugen. Volkswagen wird eine Umweltbilanz der in diesem Projekt entwickelten Festkörperbatterie entsprechend internationaler Normen erstellen.


Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.01.2019 bis 31.12.2021
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 1.159.285,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

Teilprojekt 1:

Förderkennzeichen: 03XP0187A

Volkswagen AG, Abteilung Konzernforschung Antriebe Batterie
38440 Wolfsburg

Teilprojekt 2:

Förderkennzeichen: 13XP0187B

Forschungszentrum Jülich GmbH - Institut für Energie- und Klimaforschung - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
52425 Jülich

Teilprojekt 3:

Förderkennzeichen: 03XP0187C

Justus-Liebig-Universität Gießen, FB 08 - Biologie und Chemie - Chemie - Physikalisch-Chemisches Institut
35392 Gießen

Teilprojekt 4:

Förderkennzeichen: 03XP0187D

Humboldt-Universität zu Berlin, Mathematisch-Naturwissen­schaft­liche Fakultät Institut für Chemie - Physikalische Chemie - Physikalische Chemie der Materialien - Elektrochemie
12489 Berlin

Fördergeber: BMBF, Referat 523

Projektträger: PT-J
PT-VDI

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil: Technologie- und Innovationsförderung

Förderart: PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Die Entwicklung leistungsfähiger Energiespeicher für die Elektromobilität stellt eine Grundvoraussetzung für die konsequente Umsetzung der Energiewende in Deutschland dar. Die konventionelle Li-Ionen-Technik ist zwar hinsichtlich der erreichbaren Energiedichte weit entwickelt, kann aber bislang nicht allen automobilen Anforderungen an Reichweite, Sicherheit und insbesondere Kosten gerecht werden. Feststoffbatterien gelten als aussichtsreiche Kandidaten für zukünftige Batteriesysteme und signifikante Steigerungen der Energie- und Leistungsdichte werden für den Einsatz einer Alkalimetallanode in solchen Systemen prognostiziert. Die aktuelle Forschung ist jedoch auf die Verwendung von Lithiummetall in Verbindung mit konventionellen Kathodenaktivmaterialien gerichtet. Mit einer tiefen Marktdurchdringung durch Elektromobile wird der Bedarf an Rohstoffen wie Lithium, Cobalt und Nickel exponentiell ansteigen und der Druck hinsichtlich Ressourcenverfügbarkeit und Lieferketten weiter zunehmen.
Aufgrund der nahezu unbegrenzten Rohstoffverfügbarkeit im Falle des Alkalimetalls und der Möglichkeit, Nickel- und Cobalt-freie Kathodenmaterialien zu nutzen, sind natriumbasierte Systeme höchst aussichtsreiche Kandidaten, was verbunden mit dem Konzept der Feststoffbatterie zu einer völlig neuen massenmarkttauglichen Lösung im Fahrzeug führen könnte.
Das Projekt NASEBER hat sich die Erforschung einer natriumbasierten Feststoffbatterie und die Prüfung ihrer Eignung für automobile Anwendungen zum Ziel gesetzt. Im Projekt werden sich die Forschungs- und Entwicklungsarbeiten auf die elektrochemisch aktiven Komponenten Anode, Kathode, Elektrolyt und deren Grenzflächen zugleich konzentrieren. Das übergeordnete Ziel des Projekts ist eine Evaluierung der möglichen Energie- und Leistungsdichte und des Alterungsverhaltens, sowie die Bewertung der Kostenstruktur einer industriellen Hochskalierung der Technologie, verbunden mit einer kritischen Betrachtung der langfristigen Umsetzbarkeit für automobile Anwendungen.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Das Konsortium im Verbundprojekt NASEBER wird die Umsetzbarkeit natriumbasierter Feststoffbatterien demonstrieren und die technologische Konkurrenzfähigkeit dieser Systeme im Vergleich mit aktuellen marktrelevanten Batteriesystemen vergleich. Im Einzelnen werden folgende Fragen beantwortet:

a) Welche Festelektrolyte sind für eine funktionierende Kombination aus dichtem Separator und Kompositelektrode am geeignetsten?
b) Welcher Gestalt muss eine Festelektrolytmembran sein, um in Kombination mit der Kompositkathode dendritenfrei und mit hinreichender Leistungsdichte genutzt zu werden?
c) Welche Grenzflächenwiderstände treten in den Systemen auf, und wie beeinflussen diese die Charakteristik der Zelle? Lassen sich diese Widerstände durch geeignetes Grenzflächendesign hinreichend reduzieren?
d) Genügen bekannte Elektrodenmaterialien, die aktuell in Natriumionen-Batterien (NIB) untersucht werden, den Anforderungen an eine Hochenergie-/Hochleistungszelle?
e) Lassen sich hinreichend gute Dispergierbarkeiten und stabile Prozessparameter finden, um reproduzierbare Ergebnisse zu erhalten? Ist eine Hochskalierung der Technologie denkbar?
f) Welche Leistungsdaten sind erreichbar und besitzen diese das Potenzial, eine kompetitive Speichertechnologie erwachsen zu lassen? Welche Vorteile ergeben sich gegenüber lithiumbasierten Feststoffbatterien?
g) Ist eine Serienfertigung denkbar und wie könnte diese aussehen? Auf Basis dieser Überlegungen soll ein Kalkulationsmodell zur Herstellkostenplanung erstellt werden.

Durch Beantwortung dieser Fragen soll bereits in einem frühen Entwicklungsstadium eine realistische Abschätzung des technologischen und wirtschaftlichen Potenzials der Natrium-Feststoffbatterie als zukünftiges Batteriesystem, auch hinsichtlich einer Verbesserung des Umweltprofils von Elektrofahrzeugen vorgenommen werden. Hierzu wird eine Umweltbilanz der in diesem Projekt entwickelten Feststoffbatterie entsprechend internationaler Normen erstellt.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Das vorliegende Forschungsprojekt besitzt eine grundlegende Funktion bei der Materialentwicklung und der Beurteilung der Machbarkeit neuartiger natriumbasierter Feststoffbatterien. Die Anforderungserhebung und Evaluation dient einer faktenbasierten Einschätzung der Technologie als möglicher Nachfolgerin für Li-ionen-Zellen im größeren Rahmen der Elektromobilität in Deutschland. Eine Steigerung der Energiedichte und Sicherheit in Verbindung mit geringeren Produktionskosten kann bei mittelfristiger Industrialisierung der Technologie eine vollständig neue Wertschöpfungskette generieren, an der der Standort Deutschland maßgeblich partizipieren könnte. Hieraus ergibt sich direkt eine langfristige positive wirtschaftliche Verwertbarkeit für die beteiligten Partner und den Automobilstandort Deutschland. Somit sind material- und prozessspezifische Ansätze zur Herstellung dieser neuen Batteriegeneration und eine Bewertung zu deren Umsetzbarkeit elementar, um eine weltweite Führungsrolle auf diesem Gebiet einzunehmen. Der angestrebte fachliche Austausch führt zur Ausbildung hochqualifizierter Arbeitskräfte, die das Fundament für eine erfolgreiche deutsche Batterieindustrie – insbesondere für den automobilen Sektor – bilden werden.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Festkörper-Batterien

Anwendungsfelder

Undefiniert

Förderempfänger

Industrie, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung, undefiniert

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt


Schlagworte zum Teilprojekt

Energiespeichertyp

Festkörper-Batterien Natrium

Förderempfänger

Industrie

Industrie Automobil

Teilprojektleiter

Herr Dr. Dominik Weber
Volkswagen AG
Abteilung Konzernforschung Antriebe Batterie
Berliner Ring  2
38440 Wolfsburg

Telefon: +49 5361 9-40316
Fax: +49 5361 9-32559
E-Mail: dominik.alexander.weber@volkswagen.de


Verbundprojektleiter

Herr Dr. Dominik Alexander Weber
Volkswagen AG
Abteilung Konzernforschung Antriebe Batterie
Brieffach 011/11720 38436 Wolfsburg
Telefon: +49 5361 9 40316
Fax: +49 5361 9 432559


Pressekontakt für Verbundprojekt

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