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06.04.2022

FESTSTOFFAKKUS – In der Schweiz entsteht die erste Gigafactory für Li-Nachfolger

 

In der Schweiz entsteht jetzt die erste Gigafactory für kobaltfreie Feststoffakkus weltweit. Diese sollen die Lithium-Ionen-Akkus künftig ersetzen, welche derzeit etwa in Automobilen und in der Industrie etc. verwendet werden. So sind die Aggregate der Swiss Clean Battery nicht nur extrem langlebig, sondern sollen auch unbrennbar und mindestens 50 Prozent besser in der Umweltbilanz sein als herkömmliche Lithium-Ionen Batterien. Dabei dürfte den Schweizern offenbar die Beseitigung eines technischen Problems gelungen sein, welches die wirtschaftliche Produktion von Feststoffakkus bis dato verhinderte.

Rasant steigende Energiekosten, die Energiewende und die Versorgungssicherheit von Staaten können nur über die erneuerbaren Energien gelöst werden. Effiziente Stromspeicher sind eine zentrale Voraussetzung dafür. Bislang gelten vor allem Lithium-Ionen Batterien als die alternative Zukunftsalternative etwa für verbrennungsmotorisch angetriebene Fahrzeuge. In der Welt der Flurförderzeuge laufen sie hingegen auch der Blei-Säure-Batterie in vielen Bereichen den Rang ab, werden diese jedoch nicht zur Gänze ersetzen. In der Automotivbranche wird allerdings auch mit Brennstoffzellen experimentiert, welche mit Wasserstoff die nötige Energie erzeugen. Das Problem bei dieser Technologie ist jedoch, dass die Erzeugung von umweltfreundlichem Wasserstoff noch sehr kostspielig ist und man daher noch fossile Brennstoffe benötigt für dessen großangelegter Produktion.

Feststoffakkus – Vielversprechend weil leistungsfähiger

Daher gelten Feststoffakkus als eine vielversprechende Ersatzvariante nicht nur für Blei-Säure-Batterien oder Brensstoffzellen, sondern vor allem als Nachfolgetechnologie der Lithium-Ionen-Akkus. Das Besondere an Feststoffakkus ist nämlich, dass der Elektrolyt nicht mehr flüssig ist, sondern eben fest. Daher weisen sie eine höhere Speicherdichte auf als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. Das liegt insbesondere an der Verwendung von reinem Lithium. Weil der Elektrolyt fest ist, können Feststoffakkus zudem dünner und damit leichter sein. Abgesehen davon ermöglichst das ein schnelleres Laden und reduziert die Brandgefahr nahe Null.

Verdopplung der Reichweiten. Was aber diese Batterieentwicklung ganz besonders interessant macht sowohl für den Automotivbereich als auch die industrielle Nutzung, ist jedoch deren Leistungsdauer. Sie ermöglicht als Antriebsalternative im Auto vor allem hohe Reichweiten, weil man reines Lithium an die Anode anlagern kann. Und reines Lithium hat eine viel höhere Speicherkapazität, nämlich 2.860 mAh/g (mAh/g = Milliamperestunden pro Gramm), während aktuelle Anoden gerade einmal auf ca. 370 mAh/g kommen. Ein mit Feststoffakkus angetriebener VW Golf könnte damit statt 350 Kilometer rund 800 Kilometer weit kommen.

Schweizer Feststoffakkus sind kobaltfrei

Ein Nachteil von Feststoffakkus ist allerdings, dass diese rund 20 Prozent mehr Lithium benötigen als herkömmliche Lithium-Ionen Akkus. Angesichts der Diskussion von Abhängigkeiten insbesondere von totalitären Regimen wie China. Ein Blick auf die tatsächlichen Lithium-Vorkommen in der Welt zeigt jedoch, dass die VR China im Ranking der Länder mit den meisten Li-Vorkommen mit 1,5 Millionen Tonnen auf Rang vier liegt, hinter Argentinien (2,2 Millionen Tonnen), Australien (5,7 Millionen Tonnen) und Chile, das mit 9,2 Millionen Tonnen auf dem ersten Rang liegt. (Quelle: Statista.com) Zudem arbeiten etliche Forschungsunternehmen wie etwa Fraunhofer an Verfahren des Lithium-Recyclings. Insofern dürfte es hier also gut gelingen, eine entsprechende Diversität zu erreichen und sich völlig unabhängig von der Diktatur in China zu machen. (Quelle: Statista.com) Zudem    

Auf Kobalt verzichten. Der bislang größte Nachteil der Feststoffakkus ist allerdings, dass als Kathodenmaterial bislang vor allem Kobalt eingesetzt wird. Auf Kobalt verzichten zu können wäre darum ein großer Schritt in die Zukunft, denn das Zeug ist nicht nur giftig und teuer, sondern auch nur begrenzt verfügbar. Außerdem wird es unter teils menschenunwürdigen Arbeitsbedingungen vor allem in Afrika gewonnen. Dieser Schritt dürfte vor geraumer Zeit Schweizer Forschern gelungen sein. Der von ihnen entwickelte Akku kommt gänzlich ohne Kobalt aus.

Neues Produktionsverfahren macht es möglich

Gleichzeitig haben sie ein Verfahren entwickelt, welche die wirtschaftliche Serienproduktion von kobaltfreien Feststoffakkus erlaubt. Den Schweizern ist es dabei gelungen, ein zentrales technisches Problem zu lösen.

Problem der „Modularität“. Das technische Problem besteht darin, den Festionenleiter in den Batteriezellen mit den Elektroden in eine stabile Verbindung zu bringen. Viele Forschungsvorhaben basieren auf einer „modularen Bauweise“, bei der Einzelteile außerhalb der Zelle kombiniert und anschließend in das Gehäuse eingeführt werden. Dabei kommt es zu Problemen beim Übergang der Ionen an den Materialgrenzen zwischen Elektroden und Festionenleiter.

Festionenleiter jetzt in der Batterie. Nach mehr als 30jähriger Grundlagenforschung ist es gelungen, dieses Problem zu lösen: In diesem neuen Lösungsansatz entsteht der Festionenleiter ähnlich einem Mehrkomponentenkleber in der Batteriezelle selbst. Dadurch werden die Übergangsprobleme im Vergleich zur modularen Bauweise überwunden.

SCB AG – Start-up baut erste Gigafactory

Mit dieser Entwicklung geht nun die Frauenfelder Swiss Clean Battery (SCB) als erstes Unternehmen weltweit in die Serienproduktion. Mit einer Produktion, skalierend von 1,2 GWh bis 7,6 GWH, wird das Unternehmen ab 2024 sowohl den Schweizer Heimatmarkt als auch den internationalen Markt mit nachhaltigen Batteriespeichern bedienen. Die Schweizer haben dabei aus der Corona Krise, der Chip-Krise sowie der Ukraine-Krise gelernt und setzen dabei auf den europäischen Markt. Alle Maschinen sowie die Chemie werden regional aus der Schweiz und aus Deutschland bezogen. Kurze Wege, minimierte Logistikkosten und Versorgungssicherheit sind hierbei das Primat unseres Handelns.

Akku hält „unendlich“. Der dann von der SCB produzierte Feststoffakkuhält nach Angaben des Unternehmens nahezu unendlich und soll 50 Prozent besser in der Umweltbilanz sein als herkömmliche Lithium-Ionen-Akkus. „Ferner ist er unbrennbar und damit sicher in der Anwendung, enthält keine kritischen Rohstoffe wie beispielsweise Kobalt, ist tiefentladefest und schnellladefähig“, heißt es in einer Presseaussendung vom 6. April.

Schweizer haben viel vor  

In der ersten Produktionsphase von 1,2 GWH ist ein Umsatz von 318 Millionen Schweizer Franken (CHF)geplant. Hierfür sind 246 Millionen CHF Investitionsvolumen in den Maschinenpark geplant. In dieser ersten Stufe will die SCB 181 Mitarbeiter:innen beschäftigen. Es werden dabei 20.000 qm Produktionsfläche gebaut, um dann 7,2 Millionen Batteriezellen pro Jahr zu fertigen. Der Unternehmenswert beträgt in dieser ersten Stufe 1,3 Milliarden CHF, bei einem konservativen Multiple von 18. Neben eine Fremdkapitalfinanzierung der Produktionsstätte, wird ein Börsengang (IPO) für Oktober 2022 an der Züricher Börse angestrebt, heißt es in der Presseaussendung.

Bis zu 7,6 GWH. In der Endphase soll die SCB 7,6 GWH produzieren, bei einer Investitionssumme von 775 Millionen CHF und einem Umsatz von über zwei Milliarden CHF. Dafür sollen rund 100.000 qm Produktionsfläche gebaut werden. In dieser Ausbaustufe ist geplant, 48 Millionen Batteriezellen pro Jahr zu produzieren. Auch ist dann ein Mitarbeiterbestand von 1061 Personen geplant. Der Unternehmenswert beträgt dann 8,6 Milliarden CHF.

Swiss Clean Battery in Kürze

Das Unternehmen wurde im Februar 2022 in Frauenfeld im Kanton Thurgau gegründet. CEO ist Roland Jung, CFO Peter Koch und COO Thomas Lützenrath. Er ist gleichzeitig in Personalunion der COO der High Performance Battery AG, der Lizenzgebenden Technologiegesellschaft. Es erfolgt ein Aufbau der Produktionsstätte skalierend von 1,2 GWH bis 7,6 GWH in den nächsten Jahren.