CREOCell – gefördertes Lithium Ionen Batterie Forschungsprojekt
Die Creonia Cells GmbH hat ein neues proprietäres, patentiertes Rolle-zu-Rolle-Verfahren entwickelt, um freistehende Batterieanoden, Kathoden und Separatoren mit einer Breite von bis zu 2 m herzustellen. Alle gängigen Batterieaktivmaterialien wie Graphit, Ruß, Lithiumeisenphosphat, Lithiummetalloxide, Silizium und viele mehr können durch diese einzigartige CREOCell-Technologie in Massenproduktion hergestellt werden. Das Verfahren ist schnell, hat keine giftigen Lösungsmittelemissionen und ist daher umweltfreundlich. Infolgedessen spart unsere Technologie Investitionskosten, hat eine geringere Plant-Footprint und ermöglicht die Herstellung dickerer Elektroden mit ausgezeichneter Gleichmäßigkeit in den Bereichen Gewicht und Dicke.
Das gleiche wissenschaftliche Know-how wird übertragen, um dünne Separatoren mit vielen verschiedenen Polymeren herzustellen, z. B. PVDF, aber auch anderen Hochleistungspolymeren, die hervorragende Hochtemperatureigenschaften aufweisen. Diese CREOCell-Separatoren eignen sich für Hochsicherheitszellen, um katastrophale Ausfälle einer Zelle im Falle eines thermischen Durchgehens zu verhindern.
Anschließend werden Kupfer- oder Aluminiumstromkollektoren auf der Oberfläche der freistehenden Elektroden durch Standard-Rolle-zu-Rolle-Prozesse beschichtet. Die Dicke des Stromkollektors wird reduziert und an die Anforderungen der Zellen für viele Anwendungen und Zelltypen angepasst, insbesondere für Niedrigleistungszellen in Speicheranwendungen im Netz und hinter dem Zähler. Im Allgemeinen kann es viel dünner gemacht werden als bei den Elektrodenherstellungsprozessen für Lithium-Ionen-Batterien nach dem Stand der Technik. Dies spart Gewicht und Kosten in einer Zelle. Somit bietet die CREOCell-Technologie viele Schritte, um die gravimetrische und volumetrische Speicherdichte einer Lithium-Ionen-Batteriezelle zu erhöhen.
Abbildung 1: Anode einer freistehenden CREOCell Lithium-Ionen-Batterie mit einer Kapazität von 4 mAh/cm2 (links), CREOCell PVDF Separator, 15g/m2, Porosität 58%, Dicke 20µm (Mitte), Aluminiumfolie laminierter CREOCell LFP-Kathode (rechts).
Nur in 5 Schritten wird die Speicherkapazität im Vergleich zu Standard-LIB-Zellen verdoppelt (Abbildung 2).
In CREOCell Schritt 1 werden die Dicken der Elektroden verdoppelt, während die Stromkollektoren gleich bleiben, was zu einer Kapazitätssteigerung von 14 % führt. Bei CREOCell Step 2 führt eine Reduzierung des Stromabnehmers um 80 % zu einer weiteren Kapazitätssteigerung von 12 %.
Unsere Technologie ist nicht auf einschichtige freistehende Elektroden beschränkt. Mehrschichtige Elektrodensysteme, nämlich CREOCell SEA (Separator Electrode Assemblies), werden mit dem gleichen kontinuierlichen Rolle-zu-Rolle-Prozess hergestellt. Da die innere Sandwich-Separatorschicht bei der LIB-Zellherstellung keinen mechanischen Belastungen mehr standhalten muss, kann sie dünner gemacht werden, was zu einer Impedanzreduzierung und einer weiteren Kapazitätssteigerung in CREOCell Step 3 führt, insbesondere für die volumetrische Dichte.
Das dreischichtige CREOCell SEA ermöglicht das bipolare Stapeln einer LIB-Zelle, was zu Zellen mit höheren Spannungen bis zu 48 V durch eine Reihenlaminierung der dreischichtigen Systeme führt, ohne dass viele einzelne 3,7-V-Zellen verdrahtet werden müssen (CREOCell Step 4). Der letzte große Sprung in der Speicherdichte von mehr als 50 % wird CREOCell Step 5 sein, bei dem die Graphitanode aufgrund der Umstellung auf Festkörperpolymerelektrolyte als Bindemittel übersprungen wird.
Die Herstellungskosten werden durch weniger Kupfer- und Aluminiumverbrauch als Stromableiter und durch Sparen der Energie- und Investitionskosten im Vergleich zu Standard-LIB um bis zu 20 % reduziert. Erste Pouch-Cell-Tests weisen eine hervorragende Zyklisierbarkeit der LFP-Zellen mit niedriger Impedanz, hoher Lade-/Entladefähigkeit bis zu 5 C und einem Zell-Kapazitätsverlust von weniger als 10 % für 3000 Zyklen auf.
Abbildung 2: CREOCell erhöhen die Speicherdichte von LFP Batterien in nur 5 Schritte.
Entwicklung neuartiger Festelektrolyt-Separatoren für Li-Ionen-Batterien basierend auf metallorganischen Gerüsten- gefördertes Forschungsprojekt
Dieses Projekt beschäftigt sich mit innovativen Entwicklungen an Separatormaterialien sowie deren Integration in den neuartigen Herstellungsprozess von CreoCells. Dadurch soll eine verbesserte Sicherheit, thermische Stabilität und hohe Leistung von LIBs erreicht werden. In diesem Zusammenhang bieten metallorganische Gerüste (MOFs) mit ihrer einstellbaren Größe, Porosität, Oberfläche sowie elektrischen und ionischen Leitfähigkeit ein erhebliches innovatives Potenzial für die Elektromobilität auf der Basis von LIB. Das Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung neuartiger Separatoren auf Basis thermisch stabiler MOF/Polymer-Verbundstoffe, die gefährliche, brennbare flüssige Li-Elektrolyte durch einen kostengünstigen und umweltfreundlichen Herstellungsprozess ersetzen.
Weiters ermöglicht dieses Projekt durch die Entwicklung des Festkörperelektrolyten (zur Implementierung in die CreoCell-Technologie), die Erfüllung der wichtigsten Leistungsindikatoren von LIB durch reduziertes (Zell-)Gewicht, Material- und Produktionskosten, aber gleichzeitig auch eine erhöhte volumetrische und gravimetrische Zellspeicherdichte mit verbesserten LIB-Leistungen, dh mit hoher Leistungsdichte und hoher Kapazität.
Biogas Plus – Eine neue Power-to-Gas Technologie für neue und bestehende Biogasanlagen
Creonia hat einen neuen Power-to-Gas Herstellprozess entwickelt, bei dem überschüssiges CO2 aus der Biogasherstellung mit Wasserstoff aus einer Elektrolyse (betrieben mit Überschussstrom) in erneuerbares synthetisches Methan mittels biologischer Methanisierung umgewandelt wird. Die Elektrolyse wird mit Überschussstrom aus dem Stromnetz oder von lokalen Wind- und Fotovoltaikanlagen betrieben. Die Biogas Plus Anlage kann somit bis zu 70% mehr Methan herstellen als gewöhnliche Biogasanlagen.