Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) errichtet in den nächsten zwölf Monaten einen Neubau für eine Pilotanlage zur Herstellung von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien. Das Großprojekt hat den Namen Powder-Up! und entsteht im Ulmer Science Park. In der neuen Anlage können Materialchargen bis zu 100 Kilogramm hergestellt werden. Solche Mengen sind erforderlich, um große Batteriezellen für Elektroautos oder stationäre Speicher überhaupt herstellen zu können. Zudem können in der Anlage erstmals die einzelnen Produktionsschritte für solche Materialien unter industrienahen Bedingungen weiterentwickelt werden. Der feierliche Spatenstich für den Neubau erfolgte am 18. November 2022. Das Land Baden-Württemberg fördert die Bauarbeiten mit rund zehn Millionen Euro.
Die Performance von Lithium-Ionen-Batterien wird fast ausschließlich von den verbauten Materialien bestimmt. Neue, verbesserte Materialien werden anfänglich nur in geringen Mengen in kleine Prototypen eingesetzt. In fortgeschrittenen Entwicklungsphasen sind aber auch bis zu 100 Kilogramm erforderlich. Industrielle Hersteller geben solche Mengen von Hochleistungsmaterialien der aktuellen Entwicklungsstufen nur ungern und nur unter strenger Geheimhaltung an Universitäten und Forschungsinstitute heraus. Es fehlt eine unabhängige, nicht-industrielle Produktion, die über die typischen Produktmengen der Forschungseinrichtungen hinausgeht.
Genau hier setzt Powder-Up! an: Mit dem neuen Technikum am ZSW wird es nun erstmalig in Deutschland möglich, Batteriematerialien in Mengen zwischen zehn und 100 Kilogramm außerhalb der Industrie zu produzieren. Die Anlagen decken die komplette Produktionskette ab, ermöglichen aber auch Forschungsarbeiten zu einzelnen Fertigungsschritten. Die hergestellten Materialien – mit Fokus auf Kathodenmaterialien – können dann in Pilotanlagen bei Forschungsinstituten oder bei Batterieproduzenten eingesetzt werden. Vorgesehen ist aber auch, Neuentwicklungen von Produktionsmaschinen unter realen Bedingungen auf Herz und Nieren zu prüfen. Dies soll insbesondere dem deutschen Maschinenbau zugutekommen.
„In dem viergeschossigen Neubau kommen ausschließlich industrieerprobte Maschinen zum Einsatz, um eine erfolgreiche Produktherstellung unter seriennahen Bedingungen zu garantieren“, sagt Prof. Dr. Markus Hölzle, ZSW-Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs in Ulm. „Die neuen Anlagen ermöglichen es, schnell unterschiedliche Produktmuster herzustellen und somit viel Entwicklungszeit einzusparen. Mittels digitalisierter Prozessschritte inklusive der zugehörigen Produktanalytik liefern wir die Basis, um Ressourceneinsatz, Produktausbeute und die Performance von Batterien kontinuierlich zu verbessern.“
Die Inbetriebnahme der Pilotanlage wird ab Dezember 2023 erfolgen.
Das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Wohnungsbau fördert das Kathodentechnikum ‚PowderUp!‘ mit 10 Millionen Euro. Mit der Landesförderung werden die baulichen und infrastrukturellen Voraussetzungen geschaffen. Für die Unterbringung des Projekts wird ein viergeschossiger Neubau mit rund 1.500 Quadratmetern Nutzfläche erstellt.
Die Maschinen und Apparate der Pilotanlage werden vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert. Hierfür hat das ZSW bereits im November 2021 eine verbindliche Mittelzusage über rund 20 Millionen Euro erhalten.
Mit Powder-Up! werden notwendige Voraussetzungen geschaffen, damit sich der Wirtschaftsstandort Deutschland in der Batterieentwicklung langfristig behaupten kann – insbesondere auch gegenüber asiatischen Wettbewerbern. Am Ulmer Science Park entsteht mit dem Großlabor ein bundesweites Alleinstellungsmerkmal in der Batterieforschung.
Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am ZSW erforschen bereits seit über 30 Jahren Funktionsmaterialien für Batterien und Superkondensatoren und sind mit der Entwicklung und Verarbeitung maßgeschneiderter Pulver und Pasten bis zur Batteriezelle bestens vertraut. Im Mittelpunkt steht die Umsetzung wissenschaftlicher Erkenntnisse in Produkte, die mit Partnern aus der Industrie bis zur Marktreife entwickelt werden. Zur Ausstattung gehört bereits Europas größte Forschungsplattform für die industrielle Produktion von großen Lithium-Ionen-Zellen sowie ein Batteriesicherheits- und Testzentrum.
Text: ZSW