Hochwertige Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien schneller und energieeffizienter zu trocknen und damit kostengünstiger herzustellen – darauf zielt das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) koordinierte neue Projekt „Erhöhung der Durchsatzgeschwindigkeit in der Elektrodenproduktion durch ein innovatives Trocknungsmanagement“ (EPIC). Wie das KIT mitteilte, senkt ein innovatives Trocknungsmanagement in der Elektrodenherstellung die Kosten der Batterieproduktion, verbessert die Umweltbilanz und stärkt den Standort Deutschland.
In Batteriezellen auf der Basis von Lithium-Ionen, beispielsweise für Elektroautos, sind die Elektrodenschichten entscheidend: Diese Aktivmaterialien speichern Energie. Sowohl das Anoden- als auch das Kathodenmaterial wird als wasser- oder lösemittelbasierte Paste in einer dünnen Schicht auf je eine Stromableiterfolie aus Kupfer und Aluminium aufgetragen. Die Herstellung der Elektroden benötigt viel Zeit und treibt die Produktionskosten nach oben.
Noch deutliche Kosteneinsparungen möglich
Am KIT hat ein Forscherteam der Gruppe Thin Film Technology (TFT) ein innovatives Beschichtungsverfahren entwickelt, mit dem sich Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien im Labor so schnell wie nie zuvor produzieren lassen. Die nachfolgenden Prozessschritte, das heißt die Trocknung mit Strukturausbildung und Nachtrocknung, bilden allerdings derzeit noch einen Flaschenhals, der die Erhöhung der Durchsatzgeschwindigkeit der gesamten Elektrodenherstellung verhindert. „Gerade dieser Bereich erlaubt jedoch deutliche Kosteneinsparungen in der Batteriezellproduktion“, so die TFT-Forscher.
Energiekosten bei der Elektrodentrocknung sollen um mindestens 20 Prozent sinken
Die Batterieproduktionskosten insgesamt zu reduzieren und speziell die Energiekosten bei der Elektrodentrocknung um mindestens 20 Prozent zu senken – darauf zielt das Projekt. Dazu wollen Forscher die Trocknungsgeschwindigkeit um mindestens 50 Prozent erhöhen. Dabei gilt es, Qualität und Langzeitstabilität der Elektroden zu erhalten oder sogar weiter zu verbessern. „Wesentlich ist, die einzelnen Prozessschritte zusammenhängend zu betrachten und Interaktionen zu berücksichtigen“, betont Professor Wilhelm Schabel. Die von ihm geleitete Gruppe TFT am KIT koordiniert das Projekt.
Das BMBF fördert das Projekt mit 3 Mio. €
Ebenfalls an EPIC beteiligt sind Professor Jürgen Fleischer vom wbk Institut für Produktionstechnik des KIT sowie Forscher am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) in Ulm und an der Technischen Universität Braunschweig. Das Bundesforschungsministerium (BMBF) fördert EPIC im Rahmen des Forschungsclusters ProZell II für drei Jahre mit insgesamt drei Mio. €.