Wie eine neue US-Batteriefertigung Netzspeicher sicherer und günstiger machen soll

16 Maschinen auf gerade einmal 1.400 Quadratfuß Laborfläche: Was nach einer Randnotiz klingt, könnte für die Energiespeicherung in den USA zum Wendepunkt werden. In Richland im Bundesstaat Washington hat eine neue Fertigungslinie für Batteriezellen den Betrieb aufgenommen, die Forschern den Sprung von der Laborprobe zur industriellen Realität erleichtern soll. Das Ziel ist klar umrissen. Netzspeicher sollen sicherer und zugleich billiger werden.

Beheimatet ist die Anlage im Grid Storage Launchpad (GSL), einer 93.000 Quadratfuß großen Forschungseinrichtung des Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Betrieben wird das Labor vom US-Energieministerium (DOE). Nach Angaben des PNNL handelt es sich um die erste Fertigungslinie für prismatische Batteriezellen an einem nationalen Forschungslabor der Vereinigten Staaten. Damit lassen sich fortschrittliche Batteriekonzepte erstmals in einem industrienahen Maßstab herstellen, testen und validieren.

Ein neues Drehkreuz für die Netzspeicherung

Auf der Linie entstehen prismatische Zellen. Sie sind rechteckig, größer als zylindrische Zellen und in ihrer Form an eine 9-Volt-Blockbatterie angelehnt. Dadurch fassen sie mehr Energie pro Zelle. Ihr Gehäuse aus schwererem Metall macht sie zudem weniger anfällig für Überhitzung, weshalb sie für die Speicherung im Stromnetz zunehmend gefragt sind.

Mark Weller, Werkstoffwissenschaftler am PNNL und leitender Forscher des Projekts, verweist auf einen physikalischen Vorteil. Metall leitet Wärme effizienter ab als die meisten anderen Materialien, sodass sich diese Zellen leichter abkühlen.

"Wenn der Wärmetransport besser ist, wenn die Zellen mechanisch gleichmäßiger sind, wenn sie effizienter gepackt werden, dann führt all das nicht nur zu höherer Sicherheit, sondern auch zu niedrigeren Kosten", erläuterte Weller.

Hinzu kommt die Bauform. Rechteckige Zellen lassen sich sauber stapeln und vergeuden weniger Platz als zylindrische Alternativen. Diese dichtere Packung steigert die Energiedichte auf Ebene des gesamten Batteriepakets. Branchenkenner sehen genau hier den Hebel, mit dem stationäre Speicher wirtschaftlicher werden könnten.

Forschung trifft Fabrik

Für GSL-Betriebsleiter Adam Jivelekas liegt der eigentliche Wert in der Beschleunigung. "Das hilft unseren Forschern, die Lücke zwischen Wissenschaft und Industrie zu überbrücken", sagte er. Externe Forschungsteams und Industriepartner könnten ihre Entwürfe für prismatische Zellen am Standort testen und absichern lassen.

Untergebracht ist die Fertigung in einem spezialisierten Trockenlabor. Die Luftfeuchtigkeit wird dort niedriger gehalten als an einigen der trockensten Orte der Erde, denn schon kleinste Spuren von Feuchtigkeit können die empfindlichen Batteriekomponenten beschädigen. Die Testphase wurde Anfang dieses Jahres abgeschlossen, nun bereiten die Wissenschaftler erste Validierungsprojekte vor.

Vom Knopf zum Kilogramm

Den entscheidenden Beweis muss die Anlage noch erbringen, nämlich die gleichbleibende Herstellung hochwertiger prismatischer Zellen. Wie heikel der Maßstabssprung ist, machte Weller anschaulich. "Für eine Knopfzelle braucht man ein paar Milligramm Material, für eine prismatische Zelle mindestens ein Kilogramm. Wenn man so hochskaliert, kann man nicht davon ausgehen, dass eine Chemie, die in einer Knopfzelle gut funktioniert hat, genauso gut in einer prismatischen Zelle arbeitet."

Um den Ansatz zu belegen, will das Team zwei vielversprechende Zellchemien produzieren und prüfen. Im Fokus stehen Natrium-Ionen sowie Lithium-Eisenphosphat (LFP). Beide Zelltypen durchlaufen anschließend eine Reihe von Prüfungen zu Leistung und Sicherheit.

Was das für Investoren bedeutet

Die Einrichtung zielt auf eine wirtschaftliche Schwachstelle der Speicherbranche. Pilotfertigung im industrienahen Maßstab ist teuer und für einzelne Unternehmen oft schwer zu rechtfertigen. "Mit dieser Möglichkeit können wir Forschung, Entwicklung und Tests im Pilotmaßstab leisten, die für Firmen schwer zu begründen sind, und so eine reibungslosere Übergabe an den Markt erleichtern", fasste Weller zusammen.

Für Anleger sind mehrere Stränge relevant. LFP- und Natrium-Ionen-Chemien gelten als Schlüsseltechnologien für günstige, langlebige Netzspeicher und stehen im Wettbewerb mit klassischen Lithium-Konzepten. Wer die Entwicklung verfolgt, sollte die Hersteller stationärer Speicher, Zulieferer von Kathodenmaterial sowie Versorger mit großen Speicherprojekten im Blick behalten. Marktbeobachter weisen darauf hin, dass staatlich finanzierte Pilotlinien das Risiko früher Skalierung senken und damit die Tür für privatwirtschaftliche Investitionen öffnen können. Konkrete Kostenvorteile lassen sich erst nach Abschluss der Validierung beziffern, doch die Richtung ist gesetzt.