Im sächsischen Döbeln wird eine Weltneuheit produziert: 3D-gedruckte Lithium-Batteriezellen in Serie. Hersteller ist die Blackstone Technology GmbH, ein Tochterunternehmen des Schweizer Batteriemetall-Spezialisten Blackstone Resources. Anfang Dezember 2021 erfolgte der Fertigungsstart, begleitet von einem Online-Event, an dem zahlreiche Fachleute und Medienvertreter teilnahmen.
Bahnbrechende Technologie und umweltfreundliche Lösung
Mit der neuen Produktion bringe man eine bahnbrechende Technologie und umweltverträgliche Lösungen in einen wachsenden Markt, betonte Blackstone Resources-Gründer und CEO Ulrich Ernst zur Eröffnung des Döbelner Werkes. Das patentierte 3D-Druckverfahren bietet zahlreiche Vorteile im Vergleich zu herkömmlich Methoden: Es erlaubt dickere energiespeichernden Schichten in den Batteriezellen, was die gravimetrische Energiedichte um 20 Prozent erhöht. Zudem sind Batteriezellen von Blackstone in ihrer Größe flexibel anpassbar und können für unterschiedlichste Kundenbedürfnisse, etwa von Automobilunternehmen, exakt zugeschnitten werden.
Die Platzersparnis der revolutionären Batterien beträgt 15 Prozent, die Materialersparnis 20 Euro/kWh. Gleichzeitig sinkt der Energieverbrauch in der Produktion um 23 Prozent. „Dabei setzt das Verfahren auf einen umweltverträglichen, rein wasserbasierten Prozess und reduziert Abfallstoffe um 50 Prozent. Damit leisten wir einen wichtigen und nachhaltigen Beitrag zur Verkehrswende und im Kampf gegen den Klimawandel“, erklärt Ulrich Ernst.
Erstmals umgesetzt wurde der neue Produktionsprozess mit Kathodenmaterial von IBU-Tech aus Weimar bei der Produktion von Lithium-Eisenphosphat-Pouch-Zellen (LFP) mit der Blackstone-Thick-Layer-Technologie. Die gefertigten Zellen weisen eine gravimetrische Energiedichte von 220 Wh/kg auf. Blackstone Technology verweist darauf, dass der chinesische Hersteller BYD mit seinen Blade-Zellen, die als technologisch fortschrittliche LFP-Zellen gelten, auf Zellebene eine gravimetrische Energiedichte von nur 166 Wh/kg erreicht.
Sensoren lassen sich direkt eindrucken
Doch Blackstone Technology ist nicht auf LFP festgelegt. „Wir können auch Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid-Zellen, kurz NMC, herstellen“, erläutert Holger Gritzka, Geschäftsführer des sächsischen Standorts. „Unser 3D-Druck-Prozess lässt nicht nur eine Variation der Zelldicke zu, die Technologie ist für alle Zellchemien einsetzbar.“ Ein zusätzlicher Vorteil des 3D-Druck-Verfahrens liegt darin, dass zusätzliche Funktionen wie etwa Sensoren, die ein Batteriemanagement speisen, sich direkt auf die Elektroden drucken lassen.
Aktuell liegt die Fertigungskapazität in Döbeln auf einer Linie und im Dreischichtbetrieb bei 0,5 GWh. Bis 2025 strebt Blackstone ein Gesamtproduktionsvolumen von 24,5 GWh an. Neben dem weiteren Ausbau eigener Fertigungskapazitäten soll dieses Ziel in Joint Ventures mit OEMs sowie durch Lizenzvergaben erreicht werden. Laut Holger Gritzka ist Blackstone Technology durch Vorverträge bis Ende 2022 bereits fast ausgelastet. Der erste Leitkunde kommt aus dem Bereich der Schifffahrt, wo im Rahmen des EU-Projekts Current Direct derzeit die Elektrifizierung des Schiffverkehrs in Europa vorangetrieben wird.
Projekt für Festkörperbatterien startet Anfang 2022
Als nächsten großen Schritt plant Blackstone den Druck von Festkörperbatterien. Mit diesem Produkt könne die Energiedichte nochmals um bis zu 70 Prozent gesteigert werden. Ab Anfang 2022 startet dazu ein dreijähriges Industrialisierungs-Projekt. In diesem Zusammenhang erfolgt auch der Aufbau eines Entwicklungszentrums in Döbeln. Ab 2024 sollen erste Festkörperbatterien produziert werden. Das Thema ist vor allem für Automobilhersteller interessant. Alle europäischen und auch einige außereuropäischen Hersteller seien auf Blackstone zugekommen, es werden intensive Gespräche geführt, betont Holger Gritzka.
Entwicklung bipolarer Zellen mit Liovolt
Wesentliche Gründe für die Ansiedlung von Blackstone in Döbeln, mitten im „Sachsendreieck“ zwischen Chemnitz, Dresden und Leipzig, waren neben der strategisch günstigen Nähe zur Automobilindustrie und einer schnell nutzbaren Immobilie vor allem die in der Region verfügbaren „Köpfe“, aus denen sich die rund 40 Mitarbeiter sowie viele wichtige Entwicklungspartner rekrutieren. Zu letzteren gehört das 2021 gegründete Unternehmen Liovolt Limbach-Oberfrohna. Mit dem Start-up entwickelt Blackstone bereits eine bipolare Batteriezelle. Dabei handelt es sich um Lithium-Ionen-Batterien, die aus gestapelten, in Reihe geschalteten Elektroden bestehen, die bipolar ausgelegt sind. Auf dem Elektrodenträger sind auf der einen Seite die Aktivmaterialien für die Kathode und auf der anderen Seite diejenigen für die Anode aufgebracht. Damit können weitere Vorteile bei der volumetrischen Energiedichte erreicht werden. Außerdem lassen sich mit diesen Zellen u. a. Teile, Fertigungsschritte und damit weitere Kosten einsparen.
