NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023

MAGAZINE

NICKEL

DIE FACHZEITSCHRIFT FÜR NICKEL UND SEINE ANWENDUNGEN NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023

Immer bestens geladen – mit Nickel Nickel in aufladbaren Akkus für die Luftfahrtindustrie

Interview mit Dr. Stanley Whittingham

Kommerziell reines Nickel: hervorragende Korrosionsbeständigkeit

MODJESKI AND MASTERS

FALLSTUDIE 29 IOWA-ILLINOIS MEMORIAL BRIDGE

ISSDA

Die Brücke ist eine der größten Investitionen, die die US-Bundesstaaten Iowa und Illinois je getätigt haben. Was waren die wichtigsten Prioritäten bei diesem Projekt im Wert von 1 Milliarde US-Dollar? Es galt, eine Brücke mit einer Lebensdauer von mindestens 100 Jahren zu bauen, aber auch eine architektonische Ikone zu schaffen, die das Flussufer der „Quad Cities“ in einem neuen Licht erscheinen lassen würde.

Die Bögen bestehen aus einer Kombination aus nickelhaltigem ASTM A709 HPS7OW- und ASTM A709 HPS50W-Stahl, der mit einer Fluorpolymerbeschichtung überzogen ist. Die Verankerungs- und Verbindungsmuttern aus Duplexedelstahl des Typs 2507 (UNS S32750) mit einer Biegefestigkeit von 116 ksi reduzieren den Wartungsbedarf und verlängern die Lebensdauer der Bögen. Im Brückenboden wurde unbeschichteter COR-TEN-Stahl verbaut, und auch bei der Bewehrung des Brückendecks kam Edelstahl zum Einsatz.

NICKEL, JHRG. JHRG. 38, 38, Nr. Nr. 3, 3, 2023 2023 22 || NICKEL,

Die Original-Doppelbrücken konnten mit dem ständig zunehmenden Verkehrsaufkommen der umtriebigen Region nicht mehr effizient mithalten.

Die erste Brücke entstand in den 1930er Jahren und wurde 1959 zur Doppelbrücke umgebaut. Es gab keinen Randstreifen und die Spurbreiten entsprachen schon lange nicht mehr den modernen Vorschriften. Die zuständigen Abteilungen der Verkehrsministerien der US-Bundesstaaten Iowa und Illinois und die beiden Architekturund Infrastrukturdesignfirmen Alfred Benesch and Company und Modjeski and Masters entwickelten gemeinsam ein Korbbogendesign aus Stahl mit minimaler Bewehrung.

Die verantwortliche Baufirma Lunda Construction Co. begann 2017 mit den Bauarbeiten. 2021 wurde die Brücke schließlich für den Verkehr freigegeben. Die Notwendigkeit, den Verkehr zwischen den beiden Bundesstaaten im Fluss zu halten, erforderte komplexe Vorbereitungsarbeiten und spezielle Baumethoden. Um die Bauarbeiten in

dem knapp bemessenen Raum zwischen zwei Brücken zu erleichtern, ließ Lunda zwei der größten freistehenden Turmdrehkrane (mit einer Höhe von über 130 m) zur Baustelle bringen. Nie zuvor waren Krane dieses Ausmaßes zum Bau einer Brücke im Mittleren Westen der USA eingesetzt worden.

Der Bau einer Brücke mit über 80 m hohen Korbbogen erforderte qualitativ hochwertige Materialien und neue technische Verfahren. Für die Montage der Brückenteile erzeugte die Herstellerfirma Industrial Steel Construction in ihrem Werk in Gary, Indiana, 30 geschweißte Stahlkäfigabschnitte für jedes der beiden Brückenfelder. Die Bogenabschnitte wurden auf Lastkähnen und LKWs verladen und in die Quad Cities transportiert. Für die beiden Brückenfelder wurden insgesamt mehr als 35.000 Tonnen Baustahl verbaut.

Bei den America's Transportation Awards wurde dieses als transformativ erachtete Projekt mit den höchsten Preisen bedacht.

EDITORIAL: IMMER BESTENS GELADEN – MIT NICKEL Victor Hugo sagte einmal: „Nichts ist stärker als eine Idee, deren Zeit gekommen ist.“ Die Batterie- und Akkutechnologie ist, insbesondere wegen ihrer Bedeutung für eine elektrifizierte Zukunft, eine solche Idee. Mit diesem Hinweis eröffnete Dr. Parvin Adeli, Batterieexperte des Nickel Institute, den Nickel Institute Battery Day im Juli 2023. Mehr über diese Veranstaltung erfahren Sie auf Seite 5.

EVIATION ILLUSTRATION

Der Battery Day bot eine Vielzahl aktueller Informationen über nickelhaltige Batterien und Akkus und ist die Inspiration für diese Ausgabe von Nickel. Nickelhaltige Batterien und Akkus prägen die Zukunft der Energiespeicherung und des Energietransports, und Nickelbatterien sind Vorreiter bei der Entwicklung hin zu einer umweltfreundlicheren und engmaschiger vernetzten Welt.

Nickelbasierte Zusammensetzungen machen fast zwei Drittel der Akkukapazität für den Elektrofahrzeugmarkt aus, und es werden laufend neue Anwendungen für das Transportwesen entwickelt.

Nach oben sind keine Grenzen gesetzt. Buchstäblich! Auf die Luftfahrt entfallen ca. 12 % der auf dem Transportsektor verursachten Emissionen, weshalb diese Branche natürlich besonders im Rampenlicht steht. Könnten akkubetriebene Flugzeuge in Zukunft alltäglich werden? In dieser Ausgabe wägen wir die Vorteile und Herausforderungen bei der Elektrifizierung der Luftfahrt ab.

Dr. Stanley Whittingham berichtet von seinen ganz persönlichen Erfahrungen mit Akkus und Batterien, die bis in die 1970er Jahre zurückreichen, und er erzählt von den bahnbrechenden Neuentwicklungen, die ihm im Jahr 2019 den Chemienobelpreis für die Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien bescherten.

Seine Arbeit und die der ebenfalls mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Forscher Dr. John Goodenough und Dr. Akira Yoshino ist die Grundlage für einen Großteil der heutigen Batterie– und Akkutechnologie.

JOHN B. GOODENOUGH

AKIRA YOSHINO

STANLEY WHITTINGHAM

Dr. John Goodenough, Dr. Akira Yoshino und Dr. Stanley Whittingham wurden für ihre Arbeit an der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien 2019 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet.

Auch das Thema unserer Erklärungsreihe Warum Nickel? ist diesmal natürlich Batterien!

Auch wenn der Fokus dieser Ausgabe von Nickel auf Batterien und Akkus liegt, wollen wir nicht auf einige andere, wichtige Anwendungen für nickelhaltige Materialien vergessen. Auf der Rückseite dieser Ausgabe erfahren Sie mehr über das erstaunliche Salmon Eye, ein Projekt, das in Auftrag gegeben wurde, um Menschen zu inspirieren und darüber zu informieren, wie die Welt aus dem Meer nachhaltig ernährt werden kann.

Noch so eine Idee, deren Zeit gekommen ist.

Clare Richardson Redaktion, Nickel

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023 | 3

02

Fallstudie Nr. 29 Iowa-Illinois Memorial Bridge

03

Editorial Immer bestens geladen – mit Nickel

04

Beachtenswertes zum Thema Nickel

06

Elektrische Luftfahrt

NICKEL

BEACHTENSWERTES

INHALT

Kurz vorm Abheben?

09

Festkörperakkumulatoren in EVs

10

Interview mit Dr. Stanley Whittingham

13

Wasserstoffzellen-Helfer

Nickellegierungen

Ein Forschungsteam der University of Science and Technology of China (USTC)

Kommerziell reines Nickel

hat einen nickelbasierten Anionenaustausch-Membran-Kraft stoff zellen

14

Technische Fragen und Antworten

15

Warum Nickel?

15

UNS-Details

16

Salmon Eye

(Anion-Exchange Membrane Fuel Cell, AEMFC)-Anodenkatalysator mit hoher Beständigkeit gegen Ammoniak (NH3)-Toxizität entwickelt – ein wichtiger Schritt in dem Bemühen, Wasserstoff zellen sauberer, kosteneffektiver und effi zienter zu machen. Platin auf Kohlenstoff(Pt/C)-Katalysatoren haben sich für leistungs-

Schwimmende Installation

mindernde Ammoniakvergift ungen als anfällig erwiesen. Das Team bekämpfte dieses Problem, indem es Elektronen rund um Nickelpositionen anreicherte und Chrom in eine effi ziente Wasserstoffoxidierungs-Katalysator-MolybdänNickel-Legierung (MoNi4) dotierte, wodurch die Ammoniakadsorption beträchtlich gemindert werden konnte. Die Ergebnisse wurden im Journal of the American

Das Nickel Magazine ist eine Publikation des Nickel Institute.

Chemical Society veröffentlicht.

www.nickelinstitute.org Dr. Hudson Bates, Verbandspräsident Clare Richardson, Chefredakteurin

Mitwirkende: Parvin Adeli, Gary Coates, Richard Matheson, Colin Mackay, Geir Moe, Kim Oakes, Odette Ziezold Entwurf: Constructive Communications Das Textmaterial wurde zur allgemeinen Information des Lesers erstellt und sollte nicht als Grundlage für spezifische Anwendungen verwendet werden, ohne dass vorher fachmännische Beratung eingeholt wurde. Obwohl das Textmaterial nach unserem besten Wissen korrekt ist, garantieren das Nickel Institute, seine Mitglieder, Mitarbeiter und Berater nicht seine Eignung für eine allgemeine oder spezifische Anwendung und übernehmen keine Haftung oder Verantwortung irgendeiner Art im Zusammenhang mit den hierin enthaltenen Informationen.

ISSN 0829-8351 In Kanada von der Hayes Print Group auf Recyclingpapier gedruckt Bildnachweise: Titelseite: iStock©Just_Super S. 13. Shutterstock©Lakeview Images

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JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY (2023). DOI: 10.1021/JACS.3C06903

communications@nickelinstitute.org

Eine goldene Entdeckung Physiker an der Technischen Universität Wien haben ausgezeichnete UNSPLASH+

thermoelektrische Eigenschaften von Nickel-Gold-Legierungen entdeckt, die für eine effiziente Umwandlung von Wärme in elektrische Energie genutzt werden können. Die einzigartige Kombination dieser Metalle ermöglicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit und einen signifikanten Seebeck-Koeffizienten und somit deutlich bessere Leistungen als herkömmliche Halbleiter. Durch die Kombination des magnetischen Metalls Nickel mit dem Edelmetall Gold konnten sie die elektronischen Eigenschaften radikal verändern. Sobald nach Zugabe von ca. 10 % Nickel die gelbliche Farbe von Gold verschwindet, nimmt die thermoelektrische Leistung rapide zu. Aufgrund der besonderen elektronischen Eigenschaften der Nickelatome werden positive Ladungen stärker gestreut als negative, was zum gewünschten Ungleichgewicht und damit zur Erzeugung einer hohen thermoelektrischen Spannung führte. Dazu Fabian Garmroudi, Hauptautor der Studie: „Mit der gleichen Geometrie und einem festen Temperaturgradienten konnte ein vielfach höherer elektrischer Strom erzeugt werden als in jedem anderen bekannten Material.“ Die hohe Stromdichte könnte in Zukunft Alltagsanwendungen im großen Maßstab ermöglichen und als Türöffner für andere vielversprechende, kosteneffektive Metalllegierungen für thermoelektrische Anwendungen fungieren.

Eine gesunde Dosis Vitamin C Was sich für die menschliche Gesundheit bewährt hat, hat sich jetzt auch als eine effektive Komponente des Recyclings von EV-Akkus erwiesen.

Forscher an der Universität Birmingham haben ein Verfahren zur Abscheidung höherwertiger Materialien mithilfe von Ascorbinsäure entwickelt.

Um das Konzept zu testen, wurden Nissan Leaf-Akkus mit mindestens 64.000 gefahrenen Kilometern mit organischen Säuren als Auswaschmittel behandelt, darunter mit Ascorbinsäure (Vitamin C). Die in ChemRxiv veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Ascorbinsäure selektiv geringwertiges Elektrodenmaterial (LithiumManganoxid) auswäscht und das höherwertige Nickel sowie kobalt-

TÄGLICHE NATURWISSENSCHAFT

basiertes Material in festem Zustand zurücklasst, worauf es direkt dem Recycling zugeführt werden kann. Das inzwischen patentierte Verfahren verbraucht weniger Energie und gefährliche Chemikalien als die heute üblichen Recyclingmethoden.

Power-Präsentation Im Juli 2023 lud das Nickel Institute einige der klügsten Köpfe aus der Welt der Akkumulatoren ein, um über ihre Erkenntnisse und Erfahrungen mit den Fortschritten bei der Entwicklung nickelhaltiger Batterietechnologien zu berichten.

Acht Experten, darunter Professor Stanley Whittingham, Nobelpreisträger für Chemie, sowie Dr. Jeff Dahn, Principal Investigator NSERC/Tesla Canada Alliance Grant an der Universität Dalhousie, referierten über nickelhaltige Batterietechnologien, sprachen über neue Anwendungsbereiche und analysierten die Funktion des Recyclings. Eine Zusammenfassung des Battery Day ist jetzt auf der Website des Nickel Institute abrufbar. www.nickelinstitute.org

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ELEKTRIFIZIERTE LUFTFAHRT: KURZ VORM ABHEBEN?

Im Kampf um die Reduzierung von Treibhausgasemissionen werden für praktisch alle Transportarten Alternativen zu mit fossilen Brennstoffen betriebenen Fahrzeugen und Maschinen geprüft und eingesetzt. Die Akkuleistung spielt dabei eine bedeutende Rolle, insbesondere im Straßenverkehr. Bis jetzt hat sich der Luft fahrtsektor derartigen Veränderungen relativ geschlossen widersetzt. Allerdings ist er für ca. 12 % aller transportbedingten Emissionen verantwortlich. Die Nachfrage nach der Beförderung von Passagieren und Fracht auf dem Luft weg hat seit Ende der Pandemie rapide zugenommen.

Ohne geeignete Gegenmaßnahmen werden die darauf zurückzuführenden Emissionen wahrscheinlich weiter zunehmen. Es ist daher verständlich, dass die Luft fahrt zunehmend unter Druck gerät, ihre Umweltauswirkungen durch alternative Energiequellen zu reduzieren.

Radikal neue Entwürfe erforderlich

besonders problematisch, zumal das

Bislang hat es dieser Sektor vorgezo-

Gewicht dieser Akkus im Gegensatz zur

gen, das Potenzial von Optionen wie

Menge des Flugbenzins nicht abnimmt,

Wasserstoffantrieben und nachhaltigen

wenn die gespeicherte Energie allmäh-

Flugtreibstoffen zu erkunden. Bis zu

lich aufgebraucht wird. Allerdings ist

einem gewissen Grad spiegelt dies die

diese Annahme in gewisser Weise irre-

Trägheit des bestehenden Marktes

führend, da eine Elektrifizierung bei

wider. Die Luft fahrtindustrie ist etab-

vielen anderen Aspekten der Luft fahrt

liert und OEM-Hersteller produzieren

durchaus zu Gewichtseinsparungen

Flugwerke, die mit konventionellen,

führen kann.

mit Flugbenzin betriebenen Flugzeugmotoren kompatibel sind, während Flugmotorenhersteller Triebwerke PIPISTREL

bauen, die mit modernen Flugwerken kompatibel sind. Der Umstieg auf elektrische Triebwerke würde einen radikalen Neuentwurf von Flugwerken Die Pipistrel Velis Electro, die erste weltweite Typenzulassung eines vollständig elektrifizierten Luft fahrzeugs und ein wichtiger Meilenstein beim Wandel hin zu einer umweltfreundlichen Luft fahrt.

— Europäische Agentur für Flugsicherheit

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für Verkehrsflugzeuge erfordern, der jedoch sowohl teuer als auch zeitaufwendig wäre.

Das andere Problem besteht darin, dass

Proof of Concept Kann Akkustrom in der Luft fahrt also eine Rolle spielen? Natürlich. Bei Leichtflugzeugen ist die Elektrifizierung sogar bereits Realität. Die Pipistrel Velis Electro, ein leichter, einmotoriger Zweisitzer, ist in Europa seit 2020 für den Flugbetrieb zugelassen. Die Maschine ist optisch kaum von einem konventionellen Leichtflugzeug zu unterscheiden. Ihre zwei Hochleistungs-

Akkumulatoren nach Meinung vieler

akkus ermöglichen eine Flugdauer

keine ausreichende Energiedichte

von mehr als 50 Minuten (und bei

bieten, um ihr hohes Gewicht zu

einem Ausfall eines Akkus kann das

kompensieren. Dieser Aspekt gilt als

Flugzeug mit nur einem Akku geflogen

einen hohen Nickelanteil eine hohe spezifische Energie erzielt. In Akkus mit

noch nicht bahnbrechend sein, stellt

hoher spezifischer Energie wird Nickel

aber ein wichtiges Proof of Concept,

in der Regel in Kombination mit Kobalt

also einen Wirksamkeitsnachweis, dar.

und entweder Mangan (NCM) oder Alu-

Damit wurde der Beweis erbracht, dass

minium (NCA) verwendet. Wenn diese

akkubetriebene Flugzeuge funktionie-

Metalle in der gesamten Übergangs-

ren können und dies in der Praxis auch

metallschicht einer Kathode verteilt

tun – ein entscheidender Anreiz für neue Entwicklungen.

Der nächste Schritt würde im Idealfall darin bestehen, die Energiedichte von Akkus zu erhöhen, um Reichweite und Leistung zu steigern. Und hier spielt Nickel eine immer wichtigere Rolle.

Derzeit gibt es für Nickel viele Anwendungsfälle in der herkömmlichen Luftfahrt, insbesondere in Düsentriebwerken, wo Superlegierungen bei hohen Temperaturen herausragende Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und thermische Stabilität bieten. In der Luftfahrt der Zukunft wird die Fähigkeit von Nickel, die Energiedichte von Akkus zu verbessern, eine dominante Rolle spielen.

In der Luftfahrt der Zukunft wird die Fähigkeit von Nickel, die Energiedichte von Akkus zu verbessern, eine dominante Rolle spielen.

sind, wirken sie besser zusammen und erhöhen die Leistung. Hersteller haben erkannt, dass ein höherer Nickelanteil die Speicherkapazität eines Akkus verbessert, ohne das Gewicht signifikant zu erhöhen. Dadurch wird die Gesamtenergiedichte verbessert. Jetzt, da sich elektrisch angetriebene Flugzeuge als machbar erwiesen haben, wird diese Entwicklung einen weiteren signifikanten Schub erzeugen.

Die Frage nach der Sicherheit von Akkus in der Luftfahrt ist von fundamentaler Bedeutung. In den Anfangszeiten des Boeing 787 Dreamliners (ein konventionell angetriebenes Flugzeug) kam es zu Bränden, die durch ein „Durchgehen“ der Lithium-Akkus für die Bordelektronik verursacht wurden

Signifikanter Schub

(Thermal Runaway). Das stellt schon

In den Akkus fast aller bereits in

am Boden ein schwerwiegendes Prob-

Betrieb und Entwicklung befindlicher

lem dar, ist in der Luft aber noch viel

elektrischer Luftfahrzeuge wird durch

problematischer. Die Luftfahrtbranche

Joby JAS4-1 Spezifikationen Luftfahrzeugtyp: Kipprotor-eVTOL Sitze: Pilot + 4 Pass.

Max. Startmasse: ca. 2.170 kg Länge: 7 m Spannweite: 13 m Max. Reiseflughöhe: 5.000 m Max. Reisegeschwindigkeit: 170 Knoten (ca. 320 km/h) Reichweite: bis zu 150 Statute Miles (130 Seemeilen) Antrieb: sechs Elektromotoren, vier an den Tragflächen und zwei am V-Leitwerk. Die Motoren beinhalten doppelt redundante Wandler, variable Propellersteuerung, Gondelneigung und -kühlung und duale Wicklungen.

Leistung/Energiespeicherung: vier Lithium-Ionen-Akkupacks –jobyaviation.com

©JOBY AVIATION

werden). Die Zulassung des ersten rein elektrischen Flugzeugs allein mag

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In anderen Bereichen können sie das aber sehr wohl. Elektromotoren sind leichter, leiser und wegen der geringeren Anzahl angetriebener Teile auch zuverlässiger. Außerdem weisen sie unabhängig von ihrer Größe ein relativ konstantes Verhältnis zwischen Leistung und Gewicht auf. Daher sind mehr statt größerer Triebwerke durchaus eine Option, die mit dem zusätzlichen MAEVE AEROSPACE B.V. © 2023

Vorteil verbunden ist, dass ihre Montageposition am Flugwerk viel weniger Einschränkungen unterliegt.

Das bedeutet, dass elektrische Luftfahrzeuge mit Senkrechtstart und -Landung (Electric Vertical Take-off and Landing, ist sich dieser Bedenken bewusst und besteht darauf, dass die für die Verwendung in Flugzeugen zugelassenen Akkus diesem Thermal Runaway gegenüber resistent sein müssen. Sollte

Flugtaxis, Liefer- und Notfalldienste.

Natürlich haben die großen Namen wie

dieser eingedämmt und seine Verbreitung auf andere Akkus oder gar das

an diesem Markt bekundet, der aber

Flugzeug selbst verhindert. Darüber

auch von zahlreichen Start-ups ins

hinaus müssen alle potenziellen

Visier genommen wird. Dazu zählen

Gefahren gegen das Risiko abgewogen

Maeve (44–50 Passagiere) und Eviation

werden, das mit dem Mitführen großer

(neun Passagiere), die beabsichtigen,

Mengen an leicht brennbarem Flug-

regionale Airliner mit Reichweiten von

Leichter, leiser und zuverlässiger für Flugzeugakkus und der damit verbundenen Verwendung von Nickel ist es sehr wichtig, diese Gelegenheit

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werke öffnet die Tür zu einer Vielzahl potenzieller Anwendungen wie

Airbus und Boeing bereits ihr Interesse

Hinsichtlich des Marktpotenzials

– Maeve Aerospace B.V.

Der fast lautlose Betrieb ihrer Trieb-

es doch zu einem Brand kommen, wird

benzin verbunden ists.

Maeve 01 ist das weltweit erste elektrische Flugzeug mit einer Kapazität von über 44 Passagieren. Es setzt neue Maßstäbe für nachhaltige und umweltfreundliche Flugreisen. Mit einer Ladezeit von nur 35 Minuten ermöglicht das Elektroflugzeug Maeve einen schnellen und gestrafften Flugbetrieb.

eVTOL) allmählich zur Realität werden.

nicht nur durch das Prisma bestehender Luftfahrtanwendungen zu betrachten.

Herkömmliche große Verkehrsflugzeuge

250–330 Seemeilen herzustellen. Für diese werden während ihrer Lebensdauer ca. 30 bzw. 9 Tonnen Nickel benötigt. Darüber hinaus entwickeln die US-Unternehmen Joby Aviation und Archer Aviation sowie der deutsche Hersteller Lilium Flugtaxis. Auch Velis, der Hersteller der Pipistrel, ist auf diesem Sektor aktiv.

unterliegen umfassenden Baubeschrän-

Das ganze Marktpotenzial von Akkus

kungen infolge der Notwendigkeit von

hängt Schätzungen zufolge von

(in der Regel) zwei immer größeren,

verschiedenen Variablen ab, deren

schweren und lauteren Triebwerken.

wichtigste die Zahl der Luftfahr-

Allein dadurch entstehen für Flughäfen

zeuge und der Akkus ist. Wegen des

signifikante Infrastrukturanforde-

zunehmenden Drucks zur Einhaltung

rungen. Trotzdem ist die Wahrschein-

geltender Emissionsvorgaben und der

lichkeit gering, dass diese Triebwerke

erhöhten Nachfrage nach Lufttrans-

in absehbarer Zukunft ausgemustert

portoptionen werden sich für Nickel

werden. Akkus können hier noch keine

aber höchstwahrscheinlich signifi-

Alternativen bieten.

kante Gelegenheiten auftun.

EIN SPANNENDES RENNEN: DIE ENTWICKLUNG VON FESTKÖRPERAKKUS IN EVS Festkörperakkus (Solid-State Batteries, SSB) mit Kathoden mit hohem Nickelanteil haben in den letzten Jahren beträchtliche Aufmerksamkeit auf sich gezogen – ein Interesse, das nur noch größer wird. Der wichtigste Unterschied zwischen herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus und SSBs ist der Wechsel von einem flüssigen zu einem festen Elektrolyten. Das Hauptverkaufsargument für Festkörperakkus ist deren Sicherheit, weil statt entflammbarer organischer Flüssigkeiten feste Elektrolyten zum Einsatz kommen.

Darüber hinaus bietet ein Festkörperakku eine höhere Energiedichte, weil LithiumMetall-Anoden eine zehn Mal höhere spezifische Energie besitzen als die in LithiumIonen-Akkus verwendeten Graphit-Anoden.

Die Wahl des Elektrodenmaterials

Zudem ist mit Festkörperakkus der

wirkt sich direkt auf die Energie-

Vorteil verbunden, dass teure Zellpro-

dichte von Automobil-Akkuzellen

duktionsschritte, z. B. das Befüllen mit

aus. Die üblichen Komponenten eines

Elektrolyt, überflüssig werden.

herkömmlichen Lithium-Ionen-Ak-

In beiden Akkutypen besteht die

Lithium-Metalloxid-Kathode, ein organischer flüssiger Elektrolyt und Graphit als Anodenmaterial. Hinsichtlich der theoretischen Energiedichte ist das bevorzugte Anodenmaterial aber Li-Metall. Metallisches Lithium hat den Vorteil eines geringen Gewichts und des niedrigsten Potenzials aller Elemente. Das bedeutet, dass mehr Energie gespeichert werden kann.

Li-Metall ist ausgesprochen reaktionsfreudig. Wird es mit einem flüssigen Elektrolyten verwendet, kommt es

Kathode aus kathodenaktivem Material sowie einem Leitmittel (z. B. Kohlen-

KIYOSHI OTA/BLOOMBERG© 2023 BLOOMBERG FINANCE LP

kus (Li-Ion-Batterie, LIB) sind eine

Mehrere Unternehmen arbeiten fieberhaft an praktikablen Festkörperakkus für Elektrofahrzeuge (EVs) und haben eindrucksvolle Neuentwicklungen angekündigt. Motorenhersteller wie Toyota, NIO, General Motors (GM), Nissan, Ford und BMW sind auf diesem Feld besonders ambitioniert unterwegs und sind wegweisende Partnerschaften mit Batterieherstellern eingegangen.

stoffzusatz) und evtl. einem Bindemittel (polymerbasiert). Daher schaffen die Integration einer Li-Metall-Anode mit einer Kathode mit hohem Nickelgehalt in einem SSB bedeutende praktische Kapazitäten. Kathoden hoher Kapazität mit hohem Nickelgehalt sind eine sinnvolle Ergänzung von Festkörperakkus.

Und dank des größeren Sicherheitsfaktors können Kathoden mit besonders hohem Nickelgehalt implementiert werden, wodurch ein Akku mit sehr

zu extremen Sicherheitsrisiken. Im

hoher Energiedichte entsteht.

Gegensatz zu Lithium-Ionen-Akkus

Auch wenn Festkörperakkus derzeit für

stellen Festkörperakkus eine Plattform

eine Menge Aufsehen sorgen und wich-

für die Integration von Li-Metall bereit,

tige Vorteile in Aussicht stellen, müssen

weil der flüssige Elektrolyt (+Separa-

zunächst noch gewisse technische

tor) durch eine feste Schicht ersetzt

Probleme gelöst werden. Es wird noch

wird. Diese starre Schicht verhindert

etwas dauern, bis sich SSB-basierte

Leckagen und reduziert die Bildung

EVs auf breiter Front auf dem Markt

unerwünschter Strukturen. Darüber

durchsetzen, aber die Zeichen stehen

hinaus weisen feste Elektrolyten eine

gut. Nickelreiche Festkörperakkus

höhere thermische Stabilität auf als

können der Reichweitenangst entge-

flüssige. Das bedeutet, dass es für SSBs

genwirken und den Übergang hin zur

ein umfassenderes Anwendungsspekt-

Elektrifizierung des Straßenverkehrs

rum gibt und sie mehr Sicherheit bieten.

erleichtern.

Prototyp der kommenden Akkus für Elektrofahrzeuge von Toyota Motor Corp., der bei einem Medien-Event vor der Japan Mobility Show im Oktober 2023 vorgestellt wurde.

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023 | 9

THEMA „BATTERIEN“ – INTERVIEW MIT DR. STANLEY WHITTINGHAM

Dr. Stanle y Whittingham ist SUNY Distinguished Professor für Chemie und ChemieNobelpreisträger 2019 für seine bahnbrechende Forschung auf dem Gebiet der Entwicklung von Lithium-Ionen-Batterien. Dr. Parvin Adeli, Batteriespezialist des Nickel Institute, sprach mit ihm über seine lange Karriere in der Batterieforschung und die Zukunft.

F: Können Sie uns etwas über Ihr Spezial-

für bestimmte Anwendungen her. Als

gebiet erzählen? Was hat sie zur Batterie-

die Preise dafür fielen, verlor Exxon

forschung geführt und warum sind Sie bis

das Interesse an dieser Forschung

SEBASTIAN GOLLNOW, AP IMAGES

heute auf diesem Feld tätig?

In den 1970er Jahren gab es großes Interesse an elektrischen Fahrzeugen, elektronischen Geräten und Backup-Speicherlösungen für Telefone, aber nicht an einer umfänglichen Netzspeicherung. Ich arbeitete damals für Exxon, ein Unternehmen, das einen Wandel von einem Öl- zu einem

Dr. Stanley Whittingham ist Chemie-Nobelpreisträger, hat mehr als 200 Publikationen in führenden Fachzeitschriften verfasst und 16 Patente angemeldet. Er steht international im Ruf eines besonders produktiven Wissenschaftlers.

Lithium-Ionen-Akku für alle möglichen Elektronikgeräte. Derzeit bestehen die meisten Systeme aus 80 % Nickel, 10 % Mangan und 10 % Kobalt.

F: Sind Sie der Meinung, dass ein Nobelpreis überfällig war?

Energiekonzern anstrebte. Es wollte

Dazu haben so einige ihre Meinung

zwar weiterhin fossile Brennstoffe für

geäußert. John Goodenough war der

Verbrennungsmotoren erzeugen, aber

älteste Mensch, der jemals einen

eben auch im EV-Bereich forschen.

Nobelpreis erhalten hat. Wir waren alle sehr glücklich, dass er lange genug

F: Wann erkannten Sie die eigentliche

lebte, um diesen Preis entgegennehmen

Bedeutung Ihrer Entdeckung der Interka-

zu können.

lation (Einlagerung) von Lithiumionen in einem Wirtmaterial für den Energie-

F: Was waren die größten Herausforde-

markt?

rungen, mit denen Sie bei der Entwicklung

Schon recht früh. Unser erster Aufsatz wurde in Science veröffentlicht, einer

10 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023

und vergab die Lizenz an Sony. Sony entwickelte dann einen aufladbaren

der Lithium-Ionen-Batterie konfrontiert waren?

Fachzeitschrift, für die strenge Publi-

Die größte Herausforderung bestand

kationskriterien gelten. Wir arbeiteten

darin, dass wir alle Erfindungen selbst

speziell an Titandisulfid als Material,

gemacht haben. Das gesamte geistige

das auf der Molekularebene leere

Eigentum bezüglich der Batterien

Bereiche aufweist, die Lithium-

ist das von Amerikanern oder Briten,

ionen einlagern bzw. interkalieren

aber dann wurde alles nach Asien

können. Exxon stellte kleine Zellen

verlegt, weil die Europäer und Ame-

Produktion investieren wollten. Heute liegt das größte Problem darin, dass es in den USA keine Supply Chain für Materialien, geschulte Fachleute oder Fertigungseinrichtungen gibt.

F: Wie geht es auf diesem Forschungsfeld weiter?

Der nächste Schritt besteht darin, das Verhalten bei verschiedenen Temperaturen zu erforschen, um zu ermitteln, ob wir 800–1000 Zyklen erreichen

Wir haben gerade 113 Millionen US-Dol-

können. Das bedeutet, dass größere

lar von der US-Bundesregierung und

Zellen für EVs gebaut werden müssen.

vom Bundesstaat New York erhalten,

Die theoretisch mögliche Energiedichte

um eine Prototypenanlage in einem

von Kathoden mit hohem Nickelgehalt

alten IBM-Gebäude zu bauen, sowie 12

sollte 1000 Wh/kg betragen. In Wirk-

Millionen US-Dollar für die Ausbildung der Mitarbeiter. Daran besteht in Nordamerika ein Mangel.

F: Sie arbeiten derzeit an den Auswirkungen einer Nb-Beschichtung/Substitution in Kathodenmaterialien mit hohem Nickelgehalt. Wie wirkt sich die Modifizierung mit Nb auf die Gesamtbatterieleis-

lichkeit liegt die Zelldichte derzeit bei 250 Wh/kg. Wir erzielen also nur 25 %.

Das Ziel lautet 500 Wh/kg und eine Verdoppelung der Energiedichte. Unsere Forschungsarbeit wird auch von der US Army mitfinanziert, für die wir die Frage beantworten wollen, wie sich das Nb-beschichtete NMC bei höheren und niedrigeren Temperaturen verhält.

tung aus?

F: Haben Sie in Binghamton die dafür

Wir wissen, dass ein Nickelgehalt von

nötige Infrastruktur?

60 % in der Luft stabil ist und gut funk-

Wir haben eine der wenigen Trocken-

tioniert. Wenn dieser Wert aber auf

raum- und Pouch-Zellen-Fertigungsan-

80 % ansteigt, wird die Stabilität in der

lagen in einer US-Universität.

Luft beeinträchtigt. Das bedeutet, dass

Ich gehöre zu Battery 500, einem

wir die Atmosphäre stärker kontrollie-

großen Konsortium von US-Laboren

ren müssen, wenn die Reaktivität mit

und akademischen Einrichtungen, mit

dem Batterieelektrolyt zunimmt. Wir

denen wir eng zusammenarbeiten. Wir

büßen also relativ schnell an Kapazität

werden nach oben skalieren.

EVIATION

rikaner nicht die nötigen Mittel in die

ein. Wir haben damit begonnen, 80 % Nickel durch Hinzufügen von Valenz-

F: Wir haben über Kathoden gesprochen,

elementen zu stabilisieren. Wir haben

wissen aber natürlich auch, dass Elekt-

festgestellt, dass Niobium am besten funktioniert. Mit 90 % Ni (NMC 9055) mit ca. 1 % Nb haben wir mehrere Hundert Zyklen erzielt. Mehr braucht man nicht. Wir vermuten, dass Nb das Zerbrechen dieser Kathodenpartikel verhindert, und auch nach mehreren Hundert Zyklen gibt es keinen Kapazitätsverlust. Die Ergebnisse wurden in unserem Open-Access-Aufsatz von 2022 veröffentlicht: Electrochemical characterization and microstructure evolution of Ni-rich layered cathode materials by niobium coating/substitution (Elektrochemische Charakterisierung und Mikro-

rolyten ebenfalls wichtig sind. Können Sie uns etwas zu Ihren jüngsten Forschungsarbeiten zur Auswirkung verschiedener Elektrolyten auf nickelreiche Kathoden sagen?

Zu unserer Arbeit bei Battery 500 gehört der Abschied von der Graphit-Anode. Wir verwenden reines Li-Metall. Reines Li-Metall lässt sich

Eviation, ein Unternehmen im Norden von Seattle, entwickelt derzeit ein Flugzeug mit Standardstart und -landung (kein VTOL).

nicht gut über dem derzeit in Li-Ionen-Batterien verwendeten Kohlenstoffelektrolyt ablagern. Wir haben einen neuen Elektrolyten entwickelt, der im Grunde auf dem alten Exxon-Elektrolyten basiert. Der neue Elektrolyt besteht aus organischen Ethern mit

strukturentwicklung von Ni-reichen

einem neuen Salz-LiFSI. Das abgela-

Schichtkathodenmaterialien durch

gerte etherbasierte Lithium ist viel

Niobiumbeschichtung-/substitution).

besser als die Kohlenstoffversion. Wir

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023 | 11

haben uns angesehen, wie stabil diese Systeme sind. Reagieren sie mit Li oder einem hohen Nickelgehalt? Dazu haben wir eine Studie zur thermischen

BINGHAMTON UNIVERSITY

Stabilität in Angriff genommen. Unsere

F: Zwei neue US-Start-up-Unternehmen arbeiten daran, Kathoden mit hohem Nickelgehalt (Ni>90 %) zu skalieren. Was halten Sie davon?

Die meisten kommerziellen Batterien in

gegenwärtigen Hauptziele bei Battery

den letzten zehn Jahren verwendeten

500 bestehen darin, die Stabilität

⅓ Ni, ⅓ Co und ⅓ Mn. Dann stieg der

des gesamten Systems zu erforschen,

Nickelanteil auf 60 %. Und dann hätten

unerwünschte Nebenreaktionen zu

wir natürlich noch Tesla, in dessen EVs

verstehen und diese auszumerzen.

NCA mit hohem Nickelgehalt eingesetzt

Die Stabilitätsstudie begann vor ca. einem Jahr und wir haben 2023 den ersten Aufsatz veröffentlicht: Enabling Long

werden. Zuerst waren das 85 % Ni, und jetzt sind es 90 %. Heute sprechen wir von NMCA [Nickel-Mangan-Kobalt-Aluminiumoxid]. Das Ziel besteht

Cycling with Excellent Structure Stability

in der Verwendung eines noch höheren

for High-Nickel Layered Cathodes in Lithium

Nickelgehalts. Die Frage ist: Wie hoch

Metal Batteries (Ermöglichen langer Zyklen

ist zu hoch?

mit hervorragender Strukturstabilität für mit hohem Nickelgehalt beschichtete Kathoden in Lithium-Metall-Batterien).

F: Wie sieht der Kommerzialisierungsweg Das Ziel besteht in der Verwendung eines noch höheren Nickelgehalts. Die Frage ist: Wie hoch ist zu hoch?

für mit Nb dotierte NMC-Materialien aus?

Ich glaube, dass das hinter den Kulissen heute schon untersucht wird; man

F: Wie beurteilen Sie die Ansicht, dass Nickelbatterien in verschiedenen Anwendungen – nicht nur in EVs – zu einer nachhaltigen Zukunft beitragen?

Ich denke hier neben EVs an Akkus für Drohnen. Der nächste logische Schritt sind Such- und Rettungsmissionen, die Evakuierung von Menschen in

hat uns aber noch nichts dazu gesagt.

Notlagen. Und dann gibt es natürlich

Wer an einer Kommerzialisierung

auch Anwendungen in der Luft- und

interessiert ist, wird sich bei uns

Raumfahrt.

melden und mit uns über eine Lizen-

Eviation, ein Unternehmen im Norden

zierung sprechen. Alle Details sind

von Seattle, entwickelt derzeit ein Flug-

in der bereits genannten Publikation

zeug mit Standardstart und -landung,

enthalten.

also im Gegensatz zu VTOL.

Dr. Stanley Whittingham studierte Chemie (B.A, D.Phil) an der Universität Oxford, wo er ein Honorary Fellow des New College ist. Er ist seit 1971 im Bereich der Lithiumbatterien tätig. In diesem Jahr wurde er für seine Arbeit an verschiedenen Arten von Beta-Tonerden mit dem Young Author Award der Electrochemical Society ausgezeichnet. 1972 wechselte er zu Exxon, wo er die Rolle der Interkalation bei Batteriereaktionen entdeckte. Dies führte zu den ersten kommerziellen Lithium-Akkus, die von Exxon Enterprises hergestellt wurden. Nach 16 Jahren bei Exxon kehrte er 1988 wieder in die akademische Welt zurück. An der Binghamton University (SUNY) gründete er ein Programm für Materialchemie. Whittingham ist Chemie-Nobelpreisträger, hat mehr als 200 Publikationen in führenden Fachzeitschriften verfasst, 16 Patente angemeldet und sich international einen hervorragenden Ruf als besonders produktiver Wissenschaftler erworben.

12 | NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023

KOMMERZIELL REINES NICKEL Das Element Nickel bildet die Basis einer Vielzahl verschiedener nickelhaltiger Legierungen. Wie aber verhält es sich mit Nickel allein? Was wissen wir über kommerziell reines (Commercially Pure, C.P.) Nickel?

Kommerziell reines (C.P.) Nickel (mind.

Produktion von Natronlauge, in Lau-

99,0 %) ist in zwei Güten verfügbar:

geneindampfern und -kristallisatoren,

Nickel 200 (UNS N02200) und Nickel

U-Rohren in Wärmetauschern und

201 (N02201). Nickel 201 weist bei

Salzabscheidern eingesetzt.

einem Betrieb über 315 °C (600 °F) einen

Diese Natronlauge wird dann in vielen

niedrigeren Kohlenstoffgehalt auf, um

signifikanten Branchen verwendet, z. B.

Versprödung durch Graphitbildung zu

bei der Extraktion von Tonerde aus

verhindern.

Bauxit, um Aluminium herzustellen,

Die Korrosionsbeständigkeit von

bei der Zellstoffherstellung aus Holz für

C.P.-Nickel ist in verschiedenen chemi-

die Papierproduktion, bei der Umwand-

schen Verarbeitungsanwendungen von

lung von Fetten zu Seifen sowie bei der

Nutzen. Ein herausragendes Merkmal ist seine Beständigkeit gegenüber

Herstellung von künstlichen Spinnmassen wie Rayon.

Natronlauge (Natriumhydroxid) und

C.P.-Nickel weist auch eine hervor-

anderen Laugen. In Natronlauge bietet

ragende Beständigkeit gegenüber

C.P.-Nickel eine hervorragende Bestän-

trockenem Chlorgas bei hoher Tempe-

digkeit gegenüber allen Konzentratio-

ratur auf. Die Obergrenze für Nickel 201

nen bis hin zum und einschließlich des

liegt bei ca. 540 °C (1000 °F). C.P.-Nickel

geschmolzenen Zustands. Unterhalb

wird für Reaktoren, Spulen, Rührwerke

einer Konzentration von 50 % sind die

und Rohrleitungen im Bereich von

Korrosionsraten vernachlässigbar,

250–500 °C (480–930 °F) in der Chlorpro-

auch in kochenden Lösungen. C.P.-Ni-

duktion eingesetzt.

ckel ist eines der besten Metalle gegen

Während das Element Nickel die Basis

kaustische Korrosion, während es

einer Vielzahl verschiedener nickelhal-

gleichzeitig eine inakzeptable Metall-

tiger Legierungen bildet, ist kommerzi-

kontamination verhindert. C.P.-Nickel

ell reines Nickel ebenfalls ein wichtiges

wird in vielen Anwendungen zur

Industriematerial.

C.P.-Nickel ist eines der besten Metalle gegen kaustische Korrosion, während es gleichzeitig eine inakzeptable Metallkontamination verhindert.

Festigkeit, min., MPa (ksi) (geglüht) Güte

UNS

%Ni

%C

Biegen

Zug

Nickel 200

N02200

min. 99,0

max. 0,15

100 (15)

380 (55)

Nickel 201

N02201

min. 99,0

max. 0,02

80 (12)

345 (50)

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023 | 13

FRAGEN AN EXPERTEN FAQ VON DER TECHNISCHEN BERATUNGS-HOTLINE DES NICKEL INSTITUTE Geir Moe P.Eng. ist der Technical Inquiry Service Coordinator beim Nickel Institute.

Zusammen mit anderen Werkstoffexperten in aller Welt hilft Geir Moe Endanwendern und Spezifikateuren von nickelhaltigen Materialien, die technische Unterstützung benötigen. Das Team steht bereit, um kostenlose technische Beratungsleistungen zu einer breiten Palette von Anwendungen wie Edelstahl, Nickellegierungen und Vernickelung anzubieten, damit Nickel bedenkenlos eingesetzt werden kann. https://inquiries.nickelinstitute.org/

F A

F: Ein Kunde fragt nach 316L-Rohrleitungen mit höherem Schwefelanteil (0,005– 0,017 %) für pharmazeutische Anwendungen. Nach dem Schweißen hat sich Schlacke

an der Schweißnaht gebildet. Meine Frage lautet: Warum ist der höhere Schwefelgehalt erforderlich? Und was kann unternommen werden, um die Schlackenbildung beim Schweißen zu verhindern? eine optimale Schweißpenetration

A: Schwefel ist ein komplizierter Bestandteil von nickelhaltigem

sicherzustellen, insbesondere für die

Edelstahl. In den meisten Fällen ist

orbitale WIG-Lichtbogenschweißung,

Schwefel unerwünscht. Schwefel

das bevorzugte Schweißverfahren der

fördert beim austenitischen Schwei-

Pharmaindustrie. Schwefel fördert

ßen Risse in der Nahtmitte. Schwe-

einen konvergenten Massenfluss und

feleinschlüsse führen potenziell zu

dadurch wiederum den Hitzefluss

Spannungsrisskorrosion durch Chlor

zur Mitte der Schweißung an der

und können unschöne Oberflächen

Oberfläche, der dann nach unten in

erzeugen, die ästhetisch uner-

das Schweißzentrum geleitet wird,

wünscht sind, insbesondere wenn

um eine tiefere Schweißpenetration

Edelstahl poliert wird. Edelstahl-

zu ermöglichen.

werke sind deswegen sehr bemüht,

Die Schlacke wird in erster Linie

die Schwefelwerte so weit wie und noch weniger. Andererseits ist O N L I N E

NICKEL

möglich zu reduzieren, bis auf 0,001 %

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

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durch Sulfide gebildet, die an die Oberfläche des Schmelzbads treiben und sich dort ansammeln. Die

Schwefel ein oberflächenaktives

Schlacke ist auf den höheren Schwe-

Mittel und hat großen Einfluss auf

felgehalt zurückzuführen, und das

den Schmelzbadfluss.

Volumen der Schlacke am Ende des

Ein Schwefelbereich von 0,005–

Schweißvorgangs nimmt mit dem

0,017 % ist eine Vorgabe des American

Rohrdurchmesser zu. Die Schlacke

Society of Mechanical Engineersʼ Bio-

kann nicht vermieden, aber leicht

processing Equipment Standard, um

abgebürstet werden.

Schweißpenetration Metallschmelze

Basismetall

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SCHAUEN Sie sich Videos zum Thema „Nickel“ auf dem YouTube-Kanal des Nickel Institute an. www.youtube.com/user/NickelInstitute

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Oberflächige Penetration bei niedrigem Schwefelgehalt

Tiefere Penetration bei höherem Schwefelgehalt

Nickel ist in vielen Formen zu finden, von Nanodrähten bis hin zu Edelstahllegierungen. Aber welche Eigenschaften machen Nickel zu einem so grundlegenden Bestandteil vieler Alltagsobjekte?

Warum Nickel?

NICKEL IN IHREN BATTERIEN UND AKKUS

Die Batterie Eine Batterie wandelt chemische Energie in elektrische Energie um. Sie dient dem Betrieb von Geräten wie Handys, tragbaren Elektrowerkzeugen und Autos.

Es gibt Batterien verschiedener chemischer Zusammensetzungen, Formen und Größen – je nach Größe und Leistungsanforderungen des damit betriebenen Geräts. Eine Batterie besteht aus einer oder mehr elektrochemischen Zellen, die sich aus zwei Elektroden – einer Anode und einer Kathode – sowie einem Elektrolyten zusammensetzen. Wenn die beiden Elektroden mittels einer elektrischen Bahn verbunden werden, können Elektronen von der Anode fließen und eine externes Gerät mit Strom versorgen.

Separator Kathode (+)

Grafit Lithium-Ion

Elektron

Das Geheimnis von NMC ist die Kombination von Nickel und Mangan. Nickel ist bekannt für seine hohe spezifische Energie, aber auch für seine mangelhafte Stabilität. Mangan weist eine niedrige spezifische Energie, aber eine hohe Stabilität auf. Die Kombination dieser Metalle hat eine Stärkung ihrer jeweiligen Eigenschaften zur Folge.

Li-Metalloxide

UNS-DETAILS

Lithium-Ionen sind der am häufigsten verwendete Batterie- oder Akkutyp. Es gibt aber viele verschiedene Formulierungen.

NMC ist die am häufigste anzutreffende Kathode. NMC steht für Nickel-ManganKobaltoxid.

Beim Entladen migrieren Lithiumionen (Li+) durch den Elektrolyten von der Anode zur Kathode. Die NMC-Kathode nimmt diese Lithiumionen auf. An der Kathode werden die Nickel- Mangan- und Kobalt-Ionen auch reduziert, indem sie die Elektronen annehmen, welche die elektrische Bahn passieren. Diese Reaktion kann umgekehrt werden, wodurch aus der Batterie ein wiederaufladbarer Akkumulator wird.

Anode (-)

Elektrolyt

Warum Nickel?

Chemische Zusammensetzung (in Gewichtsprozent) der Legierungen und Edelstahltypen in dieser Ausgabe von Nickel.

UNS

C

Cr

Cu

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S31254 S. 16

0,020 max.

19,5– 20,5

0,50– 1,00

Rest

1,00 max.

6,06,5

0,180,22

17,5– 18,5

0,030 max.

0,010 max.

0,80 max.

S32750 S. 2

0,030 max.

24,0– 26,0

-

Rest

1,20 max.

3,0– 5,0

0,24– 0,32

6,0– 8,0

0,035 max.

0,020 max.

0,80 max.

NICKEL, JHRG. 38, Nr. 3, 2023 | 15

Dieses einzigartige Projekt mit 9.275 meerwasserresistenten EdelstahlVerkleidungselementen wurde so konzipiert, dass die Elemente auch einem langjährigen Kontakt mit Meerwasser standhalten. Der vierstöckige, 23 m hohe schwimmende Aquakultur-Pavillon namens Salmon Eye wurde im September 2022 im norwegischen Hardangerfjord enthüllt. Salmon Eye ist nicht nur eine spektakuläre Kunstinstallation, sondern auch ein Besucher- und Lernzentrum von Weltrang – und Heimat des Gourmetrestaurants Iris.

@SALMONEYE

SEBASTIAN L. TORJUSEN

SALMON EYE GEISTIGE NAHRUNG

Der für die Fassade verwendete nickelhaltige Edelstahl ist 6 % Mo (UNS S31254).

• Schwimmendes Bauwerk von einmaligem Reiz • 2 elektrische Fähren transportieren Besucher zum Pavillon • 13 Anker • 26 m Durchmesser • 330 ° Blick vom Dach

16 NICKEL, | NICKEL,JHRG. JHRG.38,38,Nr.Nr.3,3,2023 2023

Ein Stockwerk befindet sich komplett unter Wasser. Der Rahmen der Struktur besteht aus gebogenen H-Balken, die mit Stahlblech verkleidet sind.

An der gebogenen Außenhülle des Gebäudes sind rechteckige Platten mit abgefrästen Ecken befestigt. Kleine Edelstahlelemente auf der Außenfläche des Pavillons, die an silberfarbene Fischschuppen erinnern, spiegeln die Natur rund um das Projekt wider.

Diese komplexe elliptische Form schwimmt auf der Oberfläche der 100 Meter tiefen Bucht, weshalb für die lasttragenden und Umhüllungselemente besondere Anforderungen gelten.

Das mit großen Ankern am Fjordboden

befestigte Bauwerk wiegt 1.000 Tonnen und kann Wellen bis zu einer Höhe von 5 m widerstehen. Im „Erdgeschoss“ befindliche Ballasttanks gewährleisten die Stabilität des schwimmenden Pavillons.

Dieses erstaunliche Beispiel nachhaltiger Architektur wurde vom dänischen Architekturbüro Kvorning Design für die norwegische Lachs- und Forellenzucht Eide Fjordbruk entworfen.

Das Projekt soll als Inspiration dienen und darüber informieren, wie wir die Welt aus dem Meer nachhaltig ernähren können. „Geistige Nahrung“ im wahrsten Sinne des Wortes.