Batterieforschung: ZSW erreicht wichtigen Meilenstein - Pilotlinie für Kathodenmaterialien im Vollbetrieb

© ZSW / Elvira EberhardtUlm - Am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Ulm hat die Pilotlinie Powder-Up! zur Entwicklung und Skalierung neuartiger Kathodenmaterialien den Vollbetrieb aufgenommen. Damit wurde ein wichtiger Meilenstein in der Batterieforschung erreicht.

Die EU verfolgt das Ziel, eine wettbewerbsfähige europäische Batterieindustrie mit eigenen Produktionskapazitäten entlang der Wertschöpfungskette aufzubauen. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Entwicklung und Herstellung von Kathodenmaterialien, die sowohl die Leistungsfähigkeit als auch die Kosten von Batteriezellen beeinflussen. Die weltweite Produktion dieser Materialien und ihrer Vorprodukte ist bislang stark auf China konzentriert.

Powder-Up! steht Industrie und Forschung für Kooperationsprojekte zur Verfügung
Mit dem erreichten Vollbetrieb steht die Pilotlinie Powder-Up! Unternehmen und wissenschaftlichen Einrichtungen für die Entwicklung und Erprobung von Kathodenmaterialien unter produktionsnahen Bedingungen zur Verfügung. Nach Angaben des ZSW handelt es sich um die bundesweit erste Pilotlinie dieser Art. Die Forschungsanlage deckt wesentliche Prozessschritte von der Materialsynthese über die thermische Behandlung bis zur Analyse und elektrochemischen Prüfung ab.

Die Pilotlinie Powder-Up! umfasst rund 2.400 Quadratmeter Nutzfläche und mehr als 135 Anlagen und Geräte. Sie ist für die Herstellung von Kathodenmaterialien in Chargen von bis zu 100 Kilogramm ausgelegt. Die Prozess- und Analysedaten werden digital erfasst und stehen auch für KI-Anwendungen zur Verfügung.

Die Anlage wurde bereits im Mai 2024 eingeweiht und im März 2025 in Betrieb genommen. Kurz nach der Inbetriebnahme gelang es nach ZSW-Angaben, erste Materialmuster von wenigen Gramm auf etwa 15 Kilogramm zu skalieren.

NMC, LFP und Natrium-Ionen: Forschung an unterschiedlichen Kathodenmaterialien
Ein Schwerpunkt der Pilotlinie liegt auf Nickel-Mangan-Kobalt-Kathodenmaterialien (NMC), die insbesondere in Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte eingesetzt werden. Durch unterschiedliche Anteile der Metalle lassen sich die Materialeigenschaften beeinflussen.

Aktuell konzentriert sich das ZSW zudem auf Lithium-Eisen-Phosphat (LFP). Diese Kathodenmaterialien kommen ohne Nickel und Kobalt aus und werden am ZSW bereits im Kilogrammmaßstab hergestellt. Daneben untersucht das Institut Materialien für Natrium-Ionen-Batterien.

Bei der Herstellung spielt die thermische Behandlung eine wichtige Rolle. Die Temperaturen liegen nach ZSW-Angaben je nach Prozess zwischen 600 und 1.000 Grad Celsius und müssen auf wenige Grad genau eingehalten werden. Mit der Pilotlinie lassen sich die Herstellungsverfahren in größeren Mengen untersuchen und die gewonnenen Materialien anschließend elektrochemisch prüfen.

Europäische Batteriewertschöpfung: Kathodenmaterialien als wichtiger Kostenfaktor
Die wirtschaftliche Bedeutung der Kathodenmaterialien zeigen Daten der Internationalen Energieagentur (IEA). Bei der Batteriezellproduktion in China entfielen 2024 durchschnittlich 40 bis 50 Prozent der Herstellungskosten von NMC-Zellen auf Kathodenaktivmaterialien. Bei LFP-Zellen lag der Anteil zwischen 25 und 30 Prozent. Die Materialentwicklung ist damit nicht nur für die technischen Eigenschaften, sondern auch für die Produktionskosten von Bedeutung.

Gleichzeitig verändert sich der internationale Markt für Batterietechnologien. Nach IEA-Angaben entfielen 2025 weltweit mehr als 55 Prozent der in Elektrofahrzeugen eingesetzten Batteriekapazität auf LFP-Batterien. Die Herstellung von LFP-Kathodenmaterialien und ihren Vorprodukten ist bislang nahezu vollständig in China konzentriert. Damit betrifft die internationale Abhängigkeit nicht nur die Batteriezellfertigung, sondern auch eine wichtige vorgelagerte Produktionsstufe.

Die ZSW-Pilotlinie setzt an dieser vorgelagerten Stufe der Batteriewertschöpfung an. Sie ermöglicht es, Herstellungsverfahren für unterschiedliche Kathodenmaterialien über den Labormaßstab hinaus zu untersuchen. Ob daraus eine wirtschaftlich tragfähige industrielle Produktion entstehen kann, ist mit dem erreichten Vollbetrieb jedoch noch nicht nachgewiesen.