Leistungsstarke Batterien sind der Schlüssel für E-Mobilität und Energiewende. Sie sollen zukünftig weniger knappe und schädliche Rohstoffen enthalten, umweltverträglicher produziert werden und leichter zu recyceln sein. Der Bedarf ist enorm – und innovative Messtechnik kann die Entwicklung deutlich beschleunigen. Hier setzt das neue europäische Forschungsprojekt HyMetBat (Hybrid metrology for sustainable and low-carbon footprint battery materials) an. Ziel ist es, den Übergang von Lithium-Ionen-Batterien zu ressourcenschonenderen Technologien wie Natrium-Ionen-Batterien zu unterstützen.

"Wir wollen Herstellern Werkzeuge an die Hand geben, um Batteriematerialien präzise zu analysieren und gezielt zu verbessern", erklärt Dr. Burkhard Beckhoff von der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), der das internationale Konsortium mit fast 30 Partnern leitet. Im Zentrum stehen neue Messverfahren und Standards, die tiefere Einblicke in die Batteriechemie und -funktion ermöglichen als bisher. So lassen sich Materialien für neue Batterietechnologien präzise charakterisieren – von der Entwicklung neuer, nachhaltiger Elektroden bis hin zu optimierten Recyclingverfahren.

Beteiligt sind nationale Metrologie-Institute, Universitäten und Industriepartner. "Die hohe Beteiligung zeigt, wie groß das Interesse an langlebigen, leistungsfähigen und kostengünstigen Batterien ist – nicht zuletzt für Energiesicherheit, technologische Souveränität und Wettbewerbsfähigkeit", betont Beckhoff.

Die PTB bringt dafür eine Schlüsseltechnologie ein: die Röntgenfluoreszenzanalyse. Sie liefert hochaufgelöste Informationen über die chemischen Elemente und deren Bindungen – und das während des Betriebs einer Batterie. Ladung, Entladung und alle dabei ablaufenden chemischen Prozesse lassen sich so zerstörungsfrei und präzise beobachten. Solche Echtzeit-Einblicke waren bislang nur eingeschränkt möglich und sind für zielgerichtete Materialentwicklung von großem Wert.

Im Projekt wird die Röntgenfluoreszenzanalyse mit weiteren leistungsfähigen Analysetechniken kombiniert. So entsteht ein vollständiges Bild der chemischen, elektrischen, strukturellen und thermischen Eigenschaften von Batteriematerialien – und damit ein tiefes Verständnis für deren komplexes Zusammenspiel, das über Kapazität, Effizienz, Energiedichte und Lebensdauer einer Batterie entscheidet. Die entwickelten Analyseverfahren und Erkenntnisse sollen den Weg vom Labor in die industrielle Fertigung und ins Recycling finden – für nachhaltigere neue Batterietechnologien mit höherer Leistung und längerer Lebensdauer.

Quelle: Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)