Das Forschungsvorhaben fügt sich ein in den Bereich der Batterieforschung für stationäre Energiespeicheranwendungen (stationäre Batteriespeichersysteme, kurz SBS). Stationäre Energiespeicher können im Rahmen der Energiewende der Zwischenspeicherung von Strom zur effizienten Nutzung der fluktuierenden erneuerbaren Energien unter Aufrechterhaltung der Netzstabilität dienen. Die aktuellen Herausforderungen der Forschung an SBS liegen in dem Spannungsfeld der Sicherheit, der Langlebigkeit, der Kosten pro Kilowattstunde, der Rohstoffverfügbarkeit und der Umwelt- und Sozialverträglichkeit im gesamten Produkt-Lebenszyklus. Die marktvorherrschenden Lithium-Ionen-Speichersysteme (LIB) haben Nachteile insbesondere im Bereich der Sicherheit sowie im Bereich der Umwelt- und Sozialverträglichkeit bei der Rohstoffgewinnung und der Herstellung (Stichwort Kobalt-Abbau in der DR Kongo, Lithium-Abbau in Chile). Diesen Nachteilen soll im Rahmen dieses Forschungsvorhabens mit einem innovativen Batteriesystem auf Basis von Zink-Ionen (ZIB) mit wässrigen Elektrolyten begegnet werden. Die leistungsfähige ZIB-Technologie sticht hervor durch die Einfachheit des Systemaufbaus bei gleichzeitig hoher Sicherheit, ungiftigen Batteriebestandteilen sowie der Möglichkeit eines umwelt- und sozialverträglichen Rohstoffabbaus innerhalb der EU.

In der Arbeitsgruppe Batteriezelltechnologie am Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE) konnte jüngst diese neuartige Zink-Ionen-Batteriezellchemie demonstriert werden, wobei Herstellungsprozesse verwandter Zellchemien übertragen und angewandt wurden. Im Gegensatz zu den kommerziell erhältlichen primären Zink-Braunstein-Batterien mit alkalischem Elektrolyten (Alkali-Mangan-Batterie) wird bei der sekundären ZIB ein leicht saurer Elektrolyt eingesetzt. Damit konnten bereits vielversprechende Zyklenfestigkeiten gezeigt werden. Zentrale Ziele der Arbeit sind:

• Aufbau eines tiefergehenden Verständnisses der zugrundeliegenden Reaktionsmechanismen der neuartigen Zink-Ionen Batteriezellchemie,
• Evaluation von geeigneten Fertigungsverfahren und für die Realisierung von wiederaufladbaren Zink-Ionen Batteriezellen. Skizzierung eines industriellen Herstellungsprozesses für die Batteriezellen,
• Entwicklung, Realisierung und Charakterisierung eines leistungsfähigen und nach Nachhaltigkeitsgesichtspunkten ausgelegten ZIB-Batteriedesigns für stationäre Speicher,
• Erstellung einer technoökonomischen Bewertung der Technologie begleitend zur Arbeit.