Leistungsstarkes Kohlenstoff-Additiv für Hochleistungs-Batterien

Die massenhafte Verbreitung von E-Fahrzeugen und auch ihre geplante Nutzung als dezentrale Stromspeicher ist an ein Schlüsselprodukt gebunden: die Lithium-Ionen-Batterie. Ihre Eigenschaften in Bezug auf eine möglichst geringe Größe bei höchstmöglicher Leistung und Lebensdauer sind mitentscheidend für eine weiterhin positive Entwicklung. Bei der Entwicklung immer besserer Lithium-Ionen-Batterien sind Zellhersteller in der jüngeren Vergangenheit zunehmend an technische Grenzen gestoßen. Ein innovatives Batterieadditiv hilft, diese Grenzen in Richtung höherer Leistung zu verschieben.

Die Funktion von Lithium-Ionen-Batterien ist wie bei allen anderen Batterien abhängig von reibungslosen Transportvorgängen beim Entladen und Laden zwischen der Anode und der Kathode, also der negativ und der positiv geladenen Elektrode. Zwischen den beiden Elektroden befindet sich ein rein ionenleitender Elektrolyt. Dieser garantiert den Transport der Lithium-Ionen zwischen den Elektroden, lässt aber keine Elektronen passieren. Vereinfacht gesagt gibt die Anodenseite beim Entladen, also der Batterienutzung, Lithium-Ionen und Elektronen ab. Die Elektronen müssen nun durch den äußeren Stromkreis der Batterie zur Kathode wandern – es fließt Strom. Als Ausgleich bewegen sich Lithium-Ionen durch den Elektrolyt ebenfalls zur Kathode, wo sie eingelagert werden. Beim Aufladen drehen sich diese Vorgänge dann gerade um. Die Herausforderung für die Zellhersteller ist jetzt, diese Bewegungsabläufe auch bei immer höheren Energiedichten der Batterien aufrechtzuerhalten, während durch die höhere Verdichtung der Elektroden immer weniger Bewegungsspielraum für die Ionen bleibt. Eine Aufgabe, die nur spezielle Kohlenstoffadditive leisten können.

Unser Beitrag: Porocarb – eine neue Materialkategorie für Zellhersteller

Porocarb

Zellhersteller arbeiten schon lange mit diversen Zusätzen bei den Elektroden, um Lithium-Ionen-Batterien zu optimieren. Die Spezialisten von Heraeus Battery Technology haben in mehrjähriger Entwicklungszeit ein völlig neues Additiv zur Marktreife gebracht.

Das Produkt mit dem Namen Porocarb ist ein poröser, synthetischer Kohlenstoff als Leistungszusatz in Form von trockenem Kohlenstoffpulver. Da es sich um ein synthetisches Kohlenstoffadditiv handelt, kann das Produkt auf die Anforderungen des jeweiligen Zelldesigns zugeschnitten werden.

„Unser Produkt kann in Bezug auf Partikelgröße, Porengröße, Porenvolumen, Gesamtoberfläche, elektrische Leitfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit eingestellt werden", erklärt Dr. Dominik Samuelis, Head of Strategy bei Heraeus Battery Technology. „Es fügt somit einen neuen Freiheitsgrad für das Zelldesign hinzu, da es den Ionentransport durch das gesamte Kohlenstoffvolumen ermöglicht."

Das synthetische Hochleistungs-Kohlenstoffadditiv konzentriert sich auf die Bereitstellung von Ionen- und Wärmeleitfähigkeit im Vergleich zu traditionellen Additiven, die sich auf die elektrische Leitfähigkeit konzentrieren. Forschungsergebnisse in Pilotprojekten belegen, dass Porocarb als Batterieadditiv die Entladeleistung verbessern kann, was sich im Falle der Elektromobilität direkt in einer Steigerung der Reichweite niederschlägt. Darüber hinaus halten die "High-Power"-Porocarb-Typen die Zellerwärmung gering und ermöglichen längere Entladezeiten bei gleichzeitiger Verbesserung der Zyklenlebensdauer der Batterie.

Im Juli 2021 eröffnete Heraeus Battery Technology seine erste Produktionsanlage für Porocarb in Rotterdam, die Zellproduzenten und Erstausrüster beliefert. "Wir decken die gesamten kritischen Schritte des Herstellungsprozesses selbst ab", erklärt Dr. Dominik Samuelis.