Ziel von R2R-Battery ist es, ein Post-Lithium-Energiespeichersystem in Kooperation mit lokalen Industrie- und Forschungspartnern zu entwickeln und maßgeschneiderte Lösungen für deren potenzielle großtechnische Produktion zu erarbeiten. Die weltweite Nachfrage nach Energiespeichern steigt mit dem Ausbau erneuerbarer Energien und der wachsenden Anzahl an Elektrofahrzeugen, mobilen Elektrogeräten und stationären Energiespeichern. Überwiegend große japanische (z. B. Panasonic) oder koreanische (z. B. LG Chem) Unternehmen treiben die Lithium-Ionen-Technologie voran, seit einigen Jahren intensiv auch chinesische Unternehmen (z. B. CATL). Um den zukünftigen Bedarf decken sowie den stetig steigenden Anforderungen gerecht werden zu können, sind neue Speichertechnologien und Materialsysteme mit höchsten Energiedichten basierend auf gut verfügbaren Rohstoffen erforderlich.

Betrachtet man die Entwicklungen der letzten Jahre, so wird sich der globale Trend der Elektromobilität und der damit einhergehenden Gigafactories für Lithium-Ionen-Batterien deutlich auf die Rohstoffnachfrage für wichtige Batterierohstoffe auswirken. Der Bedarf an Lithium, Kobalt, Nickel und Graphitanoden wird stark ansteigen. Dies veranschaulicht, dass die Umsetzung der Energiewende, die elektrochemische Energiespeicher nicht nur für die Elektromobilität, sondern auch für stationäre Anwendungen vorsieht, allein mit der Lithium-Ionen-Technologie kaum möglich sein wird. Deshalb werden alternative Materialsysteme für eine Technologie-Diversifizierung benötigt, auch um Deutschland im Bereich der Energiespeicher wettbewerbsfähig zu halten.

Doch welche Materialien sind dafür sinnvoll? Die Auswahl und Bewertung geeigneter Materialien wurden zurückliegend mit einem in Freiberg entwickelten Bewertungsalgorithmus, der auf einem ausgedehnten Parameterfeld basiert, durchgeführt. Die Bewertungskriterien schließen neben elektrochemischen Parametern, Ressourcenverfügbarkeit, Umweltverträglichkeit, Recycling, Materialkosten und Betriebssicherheit ein. Im Ergebnis erscheint das Konzept einer wiederaufladbaren Festkörperbatterie auf Aluminium-Basis als aussichtsreich. Hierbei dient reines Aluminium als Anodenmaterial. Aluminium ist das häufigste Metall der Erdkruste. Es existiert eine ausgereifte Produktionsindustrie und Recyclinginfrastruktur, sodass Aluminium folglich kostengünstig ist. Darüber hinaus entzündet sich Aluminium nicht wie Lithium an Luft, wodurch eine höhere Sicherheit entsprechender Zellen und vereinfachte Verarbeitbarkeit gewährleistet werden kann. Damit könnten die Aluminium-Ionen-Batterien einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten.

Bisher war es nicht möglich, dieses technologische Potenzial zu nutzen, da geeignete Kathoden- und Elektrolytmaterialien fehlten. Das Auffinden von Materialien mit hoher Aluminiumionen-Mobilität – einsetzbar als Festelektrolyte oder Interkalationskathoden – wird einen Innovationssprung im Bereich der wiederaufladbaren Post-Lithium-Batterien ermöglichen. Hier setzt das BMBF-Verbundvorhaben „Maßgeschneiderte Materialsysteme und Technologien für die Rolle-zu-Rolle-Fertigung elektrochemischer Energiespeicher auf flexiblen Trägern (R2R-Battery)“ an.