Im Projekt FACILE soll der Energieinhalt von Lithium-Ionen-Akkus durch die Entwicklung von neuartigen Anodenmaterialien auf Siliziumbasis gesteigert werden. Ein Konsortium aus Industrie und Wissenschaft setzt hierfür auf Verfahren aus der Papier- und Vliesstoffproduktion, kombiniert mit industriellen Beschichtungstechniken aus der Halbleitertechnik und Photovoltaik. Es wird versucht, die praktische Energiedichte auf der Anodenseite um bis zu 250 Prozent zu steigern und gleichzeitig den ökologischen Fußabdruck der Akkus zu verbessern.
Das am 1. Juli 2025 gestartete Vorhaben wird vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus Baden-Württemberg mit insgesamt 1,28 Millionen Euro gefördert. Es läuft 24 Monate bis zum 30. Juni 2027.
Worum geht es?
Herkömmliche Anoden, also der negative Pol von Lithium-Ionen-Zellen, bestehen aus Graphit, das Lithium mit bis zu 370 Milliampere-Stunden pro Gramm speichern kann. Zum Vergleich: Silizium bietet eine theoretische Speicherkapazität von bis zu 4.200 Milliampere-Stunden pro Gramm – also mehr als das Zehnfache. Die Kosten für Silizium selbst sind vergleichbar mit denen von Graphit. Silizium ist zudem nachhaltiger als Graphit, da es reichlich verfügbar ist.
Der Lösungsansatz
Die tatsächliche Energiedichte der Anode soll durch den Einsatz von Silizium um mindestens 250 Prozent auf eine praktische Kapazität von mindestens 1.000 Milliampere-Stunden pro Gramm gesteigert werden. Die Herausforderung dabei: Silizium verändert sein Volumen stark während des Lade- und Entladevorgangs. Ohne geeignete Gegenmaßnahmen kommt es schnell zu Rissen und Abplatzungen auf der Anode, was letztlich zum Batterieausfall führen kann.
Hier setzt FACILE an. Silizium-Anoden werden auf faserbasierten, elektrisch leitfähigen vliesstoffartigen Substraten entwickelt. Die faserbasierte, flexible Vliesstoffstruktur soll die Volumenänderungen des Siliziums ausgleichen. Das Verbundmaterial bietet Leistung, Lebensdauer und Nachhaltigkeit.
Technische Details der Testzellen
Das ZSW in Ulm testet zunächst die im Projekt hergestellten faserbasierten Silizium-Anoden in kleinen Testzellen. Anschließend prüfen die Wissenschaftler die Herstellungsprozesse, passen sie an und skalieren sie hoch, um große Batteriezellen herzustellen, wie sie in Elektrofahrzeugen zum Einsatz kommen.
Das Projekt deckt dabei alle Schritte zur Herstellung ab: von der Entwicklung neuer Anodenmaterialien über Fertigungsprozesse und Anlagentechnologien, Materialtests und Methodenentwicklung bis hin zur Produktion der Batteriezellen.
Das Projekt …
„Entwicklung & Herstellung innovativer, faser- und siliziumbasierter Anodenmaterialien für leistungsfähige und nachhaltig produzierte Li-Ionen-Batterien“ (FACILE) wird von der centrotherm international in Blaubeuren koordiniert. Weitere Partner sind die Phoenix NonWoven in Lenningen, die spezielle Vliesstoffe liefert, das International Solar Energy Research Center Konstanz (ISC Konstanz e.V.), das die Verbindung von Vlies und Kupferfolie untersucht, sowie der Bereich Photovoltaik der Universität Konstanz, der die Materialanalysen durchführt. Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) charakterisiert, fertigt und testet die faserbasierte Anode in kompletten Batteriezellen.
