Weltneuheit – made in Sachsen-Anhalt! Das 2009 gegründete Unternehmen Skeleton Materials wird im Chemiepark Bitterfeld-Wolfen die weltweit erste Fabrik zur industriellen Produktion von „Curved Graphene“ errichten. Das neuartige Material ermöglicht deutlich leistungsstärkere Energiespeicher und ist in der Herstellung zudem erheblich umweltschonender als herkömmliches Graphit, das derzeit fast ausschließlich aus chinesischen Raffinerien stammt. Das Energieministerium unterstützt die innovative Investition mit 18,3 Millionen Euro. Den Förderbescheid hat Minister Prof. Dr. Armin Willingmann am heutigen Montag an den Geschäftsführer von Skeleton Materials, Dr. Linus Froböse, überreicht. Insgesamt will das Unternehmen nach eigenen Angaben rund 42 Millionen Euro investieren und zunächst etwa 35 neue Arbeitsplätze schaffen. Willingmann betonte: „Energiespeicher sind eine Schlüsseltechnologie für die Energiewende. Wer hier technologisch die Nase vorn hat, setzt Maßstäbe für die eigene Wettbewerbsfähigkeit und darüber hinaus für unseren notwendigen Weg hin zur Klimaneutralität. Ich freue mich außerordentlich, dass künftig auch in vielen Hochleistungs-Energiespeichern ein Stück Sachsen-Anhalt steckt. Damit stärken wir unsere Zugkraft als Land der Zukunftstechnologien.“ Dr. Linus Froböse fügte hinzu: „Investitionen in Materialentwicklung waren bei Skeleton schon immer ein zentraler Schwerpunkt: Die Skalierung der Produktion von ‚Curved Graphene‘ im industriellen Maßstab ist das Ergebnis von zwei Jahrzehnten Entwicklung. Die Förderung durch das Ministerium für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt zeigt, dass Deutschland und Europa bereit sind, unsere eigene Industrie sowie die europäische Rohstoff- und Energieunabhängigkeit voranzutreiben. Unsere Skalierung der Produktion wird es uns ermöglichen, Kunden in Schlüsselindustrien weltweit zu bedienen, einschließlich in den Bereichen Netzstabilität und KI-Rechenzentren, während wir gleichzeitig Industrie und Arbeitsplätze vor Ort ausbauen.” Für moderne Lithium-Ionen-Batterien und andere Energiespeicher werden auch Kohlenstoff-Rohmaterialien benötigt. Derzeit wird vor allem Graphit genutzt, das weit überwiegend aus Raffinerien in China stammt. Im Vergleich dazu ermöglicht das von Skeleton Materials entwickelte und patentierte „Curved Graphene“ nach Unternehmensangaben die Produktion von Energiespeichern mit deutlich höherer Leistungsdichte – und ist daher vor allem für die Anwendung in Sektoren interessant, die vergleichsweise schwer zu dekarbonisieren sind. Diese Hochleistungs-Energiespeicher – so genannte Superkondensatoren – kommen in verschiedenen Bereichen zum Einsatz, von der Automobilindustrie über die Energieversorgung bis hin zum Schwerlasttransport oder der Satellitentechnologie. Die Besonderheit von „Curved Graphene“ besteht darin, dass die glatte Oberfläche des Kohlenstoffs gekrümmt wird – ähnlich einem zerknüllten Blatt Papier. Dies erhöht sowohl die Leistung als auch Lebensdauer der Superkondensatoren. Gleichzeitig entstehen bei der Produktion von „Curved Graphene“ im Vergleich zu Graphit gut zehnmal weniger CO2-Äquivalente sowie keine schädlichen Abgase wie etwa Kohlenstoffmonoxid und Stickoxide. Hinzu kommt: Vier der fünf Ausgangsstoffe für die Herstellung von „Curved Graphene“ kommen direkt aus dem Chemiepark Bitterfeld-Wolfen, das fünfte aus Europa. Dadurch gibt es keine Abhängigkeit von Lieferanten außerhalb Europas. Skeleton ist auf die Produktion von Superkondensatoren mit erhöhter Energiedichte auf Basis von karbid-basiertem Kohlenstoff spezialisiert. Für die Entwicklung von „Curved Graphene“ erhielten drei Skeleton-Forscher 2022 den „European Inventor Award“. 2019 wurde das Unternehmen zudem mit dem „Hugo-Junkers-Preis für Forschung und Innovation aus Sachsen-Anhalt“ ausgezeichnet. Die Förderung stammt aus dem Programm „Ressourceneffizienz KMU“ und wird aus dem Europäischen „Fonds für einen gerechten Übergang“ (Just Transition Fund – JTF) finanziert. Damit soll der Strukturwandel in den vom Braunkohleausstieg betroffenen Regionen weiter vorangebracht werden. Aktuelle Informationen zu interessanten Themen aus Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt gibt es auch auf den Social-Media-Kanälen des Ministeriums bei Facebook, Instagram, LinkedIn, Threads, Bluesky, Mastodon und X (ehemals Twitter). Impressum: Ministerium für Wissenschaft, Energie, Klimaschutz und Umwelt des Landes Sachsen-Anhalt Pressestelle Leipziger Str. 58 39112 Magdeburg Tel: +49 391 567-1950 Fax: +49 391 567-1964 E-Mail: PR@mule.sachsen-anhalt.de
Zielsetzung:
Batterien spielen eine entscheidende Rolle in der Transformation der (Strom-)Wirtschaft zu einer CO2 neutralen Zukunft. Die Emissionsreduktion hängt primär vom vorliegenden Strom- bzw. Energiemix ab. Einerseits für den Energieaufwand während der Erzeugung, andererseits während ihres Betriebs. Überdies dürfen CO2 Emissionen für die Erzeugung, Raffinierung und den Transport von Grundmaterialien nicht vernachlässigt werden. Hier setzen die in diesem Projekt beschriebenen Innovationen an. Aktuelle State-of-the-Art LIB Batterien verwenden einerseits nicht weltweit geläufige Rohstoffe, wie Lithium, Kobalt, Nickel, Mangan und Graphit. Diese Rohstoffe werden primär in China raffiniert. Die so hergestellten Ausgangsmaterialien werden dann ihrerseits erneut über weite Strecken transportiert. Anodenseitig wird aktuell Graphit verwendet. Beispielsweise stammen sowohl natürlicher (74%) als auch synthetischer Graphit (51%) primär aus China, weswegen chinesische Exportrestriktionen auf diesen essentiellen Zellbestandteil ein zusätzliches Hemmnis für die europäische LIB Technologie darstellen. Zusätzlich bedürfen LIB Batterien deutlich mehr CO2 in der Herstellung aufgrund der Anforderung an die Trockenräume, was bei NIB zumindest mit zusätzlicher Forschung deutlich reduzierbar wäre. Im Gegensatz dazu beruhen die Materialien für hier entworfene NIB auf weltweit geläufigen Mengenrohstoffen, was sowohl Kosten, CO2 Emissionen, Umweltbelastungen, und eben auch Abhängigkeiten von außereuropäischen Ländern minimiert.
Für eine Transformation hin zu einer nachhaltigen, erneuerbaren Wirtschaft sind billige Energiespeicher essenziell. Seit langem werden in den Roadmaps NIB als die beste Zukunftstechnologie bezeichnet, um möglichst kostengünstige Energiespeicher zu bauen. Daher wurde ein Konzept der vertikalen Integration entlang der Wertschöpfungskette erarbeitet, dass mit hoher Erfolgswahrscheinlichkeit, binnen von zwei Jahren zu einem NI-Batteriepack Prototyp führen soll. Der große Vorteil darin besteht in der raschen Weitergabe von Innovationssprüngen an den Prototypen und eventuellen Produkten. Die Zielsetzung ist eine Zelle mit einer Energiedichte von 180 Wh/kg zu entwickeln, welche dann in Endanwendungen wie Gabelstapler, Heimspeicher, und stationäre Speicher eingesetzt werden kann. Durch den angestrebten niedrigen Preis pro kWh für NIB’s sind alle Anwendungen mit einer niedrigen bis mittleren Energiedichte denkbar.
Fazit:
In diesem Projekt wurde eine Methode entwickelt, um Mangan-dotiertes preussisch Weiss deutlich langlebiger zu machen - mit Zyklenzahlen, die man auch von Lithium-Eisen-Phosphat Akkus kennt, die schon bisher als sehr langlebig gelten. Durch die Erhöhung Spannung können der wesentliche Nachteil der geringeren Energiekapazität von preussisch Weiss mitigiert werden. Das so entstandene Material kann nicht nur LFP, sondern auch NiCd und Blei-Säure Batterien ersetzen.
Ultrafeine Partikel haben in den letzten Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Diese sogenannten Nanopartikel sind vielfaeltig anwendbar, wie z.B. als Ausgangsmaterialien fuer hochfeste Werkstoffe, in Gassensoren, als Katalysatoren, in Arzneimitteln und in Testaerosolen fuer die Heissgasentstaubung. Es wurde eine Anlage zur Nanopartikelerzeugung durch Laserverdampfung entwickelt. Zur Herstellung wird Aluminiumoxidkeramik, Graphit, Kupfer oder Aluminium mit einem C02-Laser verdampft. Aus der Kondensation entstehen kugelfoermige Primaerpartikel in einem Groessenbereich zwischen 10 und 500 Nanometern. Nach der Erstarrung koennen die Partikel durch Agglomeration unregelmassig geformte Ketten oder Flocken bilden. Deshalb wird das Aerosol so weit verduennt, dass Kollisionen der Partikel unwahrscheinlich werden und damit die Agglomerationswahrscheinlichkeit stark reduziert wird. Das zu verdampfende Material, in Form eines runden Targets, ist unter einen Drehteller montiert, der in Rotation versetzt und gleichzeitig horizontal verschoben wird. Der Laserstrahl wird von unten auf das Target fokussiert und hinterlasst durch die Targetbewegung eine spiralfoermige Bahn auf der Materialoberflaeche. Das Material verdampft lokal im Laserfokus. Der Dampf wird durch radial zustroemendes Argon in einen Sinterkegel unterhalb des Targets transportiert, wo in der heissen Zone die Kondensation und Koagulation stattfindet. In diesem Bereich bleiben die Partikel durch Absorption der Laserstrahlung fluessig, unterhalb der heissen Zone erstarren sie. Durch die Volumenaufweitung des Kegels nach unten und das seitliche Zustroemen von Argon nimmt die Partikelkonzentration von oben nach unten stark ab. Die Partikel werden auf einer Filtermembran abgeschieden und mit einem Rasterelektronenmikroskop auf Groesse, Form und Agglomerationsgrad untersucht. Neben dem Ziel der Nanopartikelerzeugung werden die zugrundeliegenden Prozesse Verdampfung, Kondensation und Koagulation sowohl experimentell als auch theoretisch detailliert untersucht.