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cav TREND MECHANISCHE VERFAHREN Bild: BASF Herstellung von Batteriemassen beflügelt mechanische Verfahren MISCHER UND CO. SIND MEGAHIPP Im Alltag sind Wearables, Smartphones und Social Media populär, in der Welt der Chemieproduktion sind die Themen Digitalisierung, Nachhaltigkeit und Einsatz von grünem Wasserstoff besonders hipp. Die mechanischen Verfahren befinden sich bei Managern auf der nach oben offenen Hipster- Skala eher im soliden Mittelfeld. Doch das könnte sich jetzt ändern. Die Gründe hierfür heißen E-Mobilität und Energiespeicherung. 10 cav 09-2023
Bild: Naeblys – stock.adobe.com Funktionsweise Lithium-Ionen-Batterie: Beim Laden und Entladen wandern Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode hin und her Der größte wirtschaftliche Treiber unserer Welt ist heute der seit der industriellen Revolution in Gang gesetzte Klimawandel. Die durch den CO 2 -Ausstoß verursachte Erderwärmung bedroht die Existenz vieler Menschen auf unserem Planeten durch anhaltende Dürren, Megastürme und den steigenden Meeresspiegel. Um einer weiteren Erderwärmung zu begegnen, muss der CO 2 -Ausstoß massiv gesenkt werden. Grundlage hierfür ist der Einsatz von grünem Strom aus Wind oder Sonne. Mithilfe grüner Energie können dann nachfolgende Prozesse in Industrie, Haushalt und Verkehr klima - neutral gestaltet werden. Doch was tun, wenn die Sonne nicht scheint oder der Wind nicht bläst? Atomstrom ist bei uns keine Alternative mehr – die Kraftwerke wurden abgeschaltet. Fossile Brennstoffe zu verheizen ist kontraproduktiv. Bleibt nur der Ausbau der erneuerbaren Energien – und die Speicherung von überschüssiger Energie für schlechte Tage. Optionen sind beispielsweise Pumpspeicher oder Salzkavernen, die mit Druckluft befüllt werden. Eine weitere, flexible Option sind auch Lithium-Ionen-Batterien. Sie wurden in den letzten Jahren für den Einsatz in der E-Mobilität erheblich verbessert und leistungsstärker. Wiederaufladbare Batterien speichern Sonne und Wind Lithium-Ionen-Batterien sind wiederaufladbare Batterien, die Lithium-Ionen zwischen zwei Elektroden während des Lade- und Entladevorgangs hin- und herbewegen. Die Anode besteht aus einem Lithiummetalloxid oder einem Graphitmaterial, das Lithium-Ionen aufnehmen kann, die Kathode aus einer Mischung von Lithiummetallphosphaten, Lithiumkobaltoxid oder anderen Lithiumverbindungen. Als Elektrolyt zwischen Anode und Kathode dient eine ionenleitende Flüssigkeit oder ein Feststoff, der die Bewegung der Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode ermöglicht. Beim Aufladen der Batterie wandern die Lithium-Ionen mithilfe einer externen Stromquelle von der Kathode zur Anode und werden dort gespeichert. Die Kathode wird während dieses Prozesses oxidiert. Beim Entladen der Batterie wird der gespeicherte Strom wieder abgegeben. Die Lithium-Ionen wandern von der Anode zur Kathode, die wieder reduziert wird. Der freigesetzte Strom kann dann verwendet werden, um Haushalte, Industrieanwendungen oder E-Autos mit Energie zu versorgen. Da der Lade- und Entladevorgang viele Male wiederholt werden kann, stellen Lithium-Ionen-Batterien eine wiederaufladbare Stromquelle dar. Die Effizienz und Kapazität Energiespeicher werden in Zukunft Strom für die Nacht speichern. Darin enthalten: Lithium-Ionen-Batterien. der Batterie hängt von der Zusammensetzung der Elektrodenmaterialien, des Elektrolyten und des Batteriedesigns ab. Stunde der mechanischen Verfahrenstechnik Die chemische Entwicklung der 1991 von Sony erstmals am Markt verfügbaren Lithium-Ionen-Batterie wurde 2019 mit dem Nobelpreis für Chemie an John B. Goodenough, M. Stanley Whittingham und Akira Yoshino abgeschlossen. Zwar sind Verbesserungen in der Energiedichte durchaus möglich, ein viel größeres Potenzial liegt laut Prof. Kai Peter Birke vom Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA u. a. in der Produktion der Batteriematerialien. Seiner Meinung nach ist die komplexe Produktion hochwertiger Batterien noch lange nicht ausgereift: „Es geht nicht um die Wunderbatterie, bei der man dem Periodensystem ganz neue leichte Elemente hinzufügen müsste – was natürlich nicht möglich ist. Es geht nun um eine nachhaltige und qualitativ hochwertige Produktion“, schreibt der Wissenschaftler in einem Blogbeitrag. Und an dieser Stelle schlägt die Stunde der mechanischen Verfahrenstechnik. Damit Lithium-Ionen-Batterien ihre volle Leis- Bild: sizsus – stock.adobe.com cav 09-2023 11
