Die TU Berlin will mit einem neuen Produktionsverfahren die Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen als Schlüsselelemente der Elektromobilität vereinfachen. Mit der so genannten kontinuierlichen Z-Faltung könnten Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft günstiger und schneller produziert werden. Zur Weiterentwicklung eines Prototyps sucht die TUB derzeit Kooperationspartner.
Batteriezellen für E-Autos bestehen aus Elektroden-Separator-Verbünden, d.h. dünnen metallischen Elektrodenfolien und extrem dünnen dazwischenliegenden Separatorfolien aus Kunststoff, berichtet die TU Berlin in einer Mitteilung.
Sie werden in Form einer Z-Struktur in der Batterie angeordnet. Diese Anordnung ermögliche eine sehr hohe Energiedichte im Vergleich zu anderen Verbundbauweisen, so dass Elektroautos möglichst viel Energie aus einer Batterieladung ziehen und dementsprechend weit gefahren werden könnten, bis die Batterie wieder geladen werden muss.
Bisherige Verfahren der Herstellung dieser Batterien beinhalten so genannte Pick-and-Place-Bewegungen. Dabei setzen Roboter die Elektroden- und Separatorfolien durch Aufgreifen und Positionieren Stück für Stück aufeinander. In der Natur dieses Vorgangs liegen zeitraubende Bewegungen und Stillstände, wenn die Robotersysteme vor- und zurückfahren, was den Durchsatz limitiert, heißt es.
TU arbeitet derzeit an einem Demonstrator zur Validierung
Das Fachgebiet Montage- und Handhabungstechnik der TU Berlin hat ein Verfahren entwickelt, das durch eine kontinuierliche Materialbewegung Stillstandzeiten im Verfahrensablauf vermeiden und dadurch eine Durchsatzsteigerung im Vergleich zum internationalen Stand der Technik um rund 150 Prozent erreichen soll. Das bedeute, dass in der Zeit, in der heute 100 Batterien produziert werden, in Zukunft mit dem neuen Verfahren 250 Batterien hergestellt werden könnten. Der Einsatz von Transportsystemen mit linear umlaufenden Greifern erlaube eine kontinuierliche Faltenerzeugung. Die Elektroden liegen dabei als zugeschnittene Folien und die Separatorfolie als Bandmaterial vor.
Das Forschungsprojekt mit dem durch das Zentrum für geistiges Eigentum der TU Berlin patentierten Verfahren befindet sich derzeit in einer Demonstrationsphase. Im vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt KontiBAT (2017–2020) wird ein Demonstrator entwickelt, der das Funktionsprinzip der kontinuierlichen Z-Faltung belegen soll. Der im Test befindliche Demonstrator stelle mit der anvisierten Durchsatzsteigerung eine Sprunginnovation für den Markt der Batteriezellproduktion dar.
Nach Projektende soll der Demonstrator mit Praxispartnern im Anlagenbau, der Systemintegration und Zellherstellung zu einem seriennahen Prototyp weiterentwickelt werden. Das Projektteam sucht aktuell nach Kooperationspartner aus der Industrie, um die Innovation gemeinsam weiter in die Anwendung zu überführen, als auch aus der Wissenschaft, um das Verfahren in einem Folgeprojekt weiterzuentwickeln und auf andere Anwendungsgebiete zu übertragen.