Mischen, rühren, beschichten, walzen, schneiden, stapeln – Um Batteriezellen herzustellen, sind viele aufeinanderfolgende Prozessschritte nötig. Beim Kompetenzcluster ProZell arbeiten Wissenschaftler*innen daran, die Qualität des finalen Produkts zu verbessern und die Produktion kostengünstiger und umweltschonender zu gestalten. Das Cluster zur Batteriezellproduktion wird seit 2016 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Damit die Forschungsergebnisse schnell in die industrielle Anwendung überführt werden, setzt ProZell verstärkt auf Wissenstransfer, beispielsweise beim ProZell-Industrietag, der am 27.10.2020 als digitale Konferenz stattfand.

„Wir wollen mit der Forschung in ProZell intensiv zum BMBF-Dachkonzept ‚Forschungsfabrik Batterie‘ beitragen und eine international wettbewerbsfähige industrielle Produktion von Batteriezellen in Deutschland und Europa etablieren“, sagt Professor Arno Kwade, Sprecher des Kompetenzclusters ProZell und Leiter des Instituts für Partikeltechnik der Technischen Universität Braunschweig. „Wir demonstrieren schon heute, was im Labor- und Pilotmaßstab alles erfolgreich möglich ist. Jetzt gilt es, das Gelernte in die industrielle Nutzung zu überführen.“

Das Cluster fördert den Dialog zwischen allen beteiligten Akteuren aus Forschung und Wirtschaft durch die Organisation eines Industrietags, um weitere Kooperationen zu etablieren und industrielle sowie wissenschaftliche Anforderungen auszuloten. Am 27.10.2020 stellten die Cluster-Mitglieder ihre Forschungsergebnisse vor. Es wurde beispielsweise gezeigt, dass durch dickere Elektroden eine Erhöhung der Energiedichte erreicht werden kann. Einzelne Herstellungsprozesse konnten beschleunigt werden und tragen damit zu einer Senkung der Produktionskosten bei. Darüber hinaus wurden neue Prozesstechnologien zur Herstellung von Batterieelektroden präsentiert, die mit weniger oder ganz ohne Lösungsmittel auskommen, dadurch Materialkosten einsparen und so den ökologischen Fußabdruck verbessern.

Neu: Beschichtungstechnologie, Prälithiierungsanlage und mathematische Modelle

Die TU Braunschweig ist an 14 der 16 Projekte im Kompetenzcluster beteiligt und hat die Geschäftsführung des Kompetenzclusters inne. Aktuell widmet sich das Institut für Partikeltechnik neben der Optimierung von etablierten Prozesswegen auch neuen, stark explorativen Prozesstechnologien.

Eine neuartige Trockenbeschichtungstechnologie, die eine lösungsmittelfreie Elektrodenproduktion ermöglicht, verringert den Energiebedarf bei teuren Trocknungsverfahren und ermöglicht eine umweltfreundliche Herstellung von Elektroden. Um die Lebensdauer von Batteriezellen mit hohen Energiedichten zu verbessern, entwickelt das Institut für Partikeltechnik mit Partnern eine Prälithiierungsanlage, die eine Lithiumanreicherung in Elektroden ermöglicht und somit Kapazitätsverluste während der Inbetriebnahme der Batteriezellen ausgleicht.

Die Entwicklung von mathematischen Modellen für die gesamte Prozesskette fördert das Verständnis für die Abhängigkeiten zwischen Prozessparametern und Batterieeigenschaften. Diese Modelle werden verwendet, um die gesamte Prozesskette über digitale Zwillinge zu simulieren und zu optimieren. Eine deutliche Steigerung der Energiedichte von Batteriezellen konnte durch die Herstellung von besonders dicken Elektroden umgesetzt werden. Dies ermöglicht Elektromobilität mit größeren Reichweiten.

Quelle: TU Braunschweig

 

(Bild: Marisol Glasserman/TU Braunschweig)