KIT: Neues Verfahren beschleunigt Akku-Produktion

Ein neues Produktionsverfahren soll die Produktionskapazität von
Batterieelektroden erhöhen und gleichzeitig die Produktionskosten
senken.
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Ein neues Produktionsverfahren soll die Produktionskapazität von Batterieelektroden erhöhen und gleichzeitig die Produktionskosten senken.

 © Ralf Diehm, KIT

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben möglicherweise ein Verfahren entwickelt, wie Lithium-Ionen-Batterien schneller und günstiger gefertigt werden können.

Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) könnte ein Durchbruch für eine beschleunigte Produktion von Lithium-Ionen-Batterien gelungen sein. Ein Forschungsteam hat dort ein neues Beschichtungsverfahren entwickelt, mit dem die nach eigenen Aussagen bisher schnellste Produktion von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien möglich sei. Zudem könnte das Verfahren die Elektrodenqualität verbessern und zu einer Senkung der Produktionskosten führen.

Beim Herstellen von Elektroden für Batterien wird das Elektrodenmaterial als dünne Paste auf eine Folie aus Kupfer oder Aluminium in einem rechteckigen Muster aufgetragen. Dabei wird das Muster von kurzen Abschnitten unbeschichteter Folie unterbrochen, was wichtig ist zur Ableitung der Elektronen. Allerdings muss dafür der Beschichtungsprozess immer wieder unterbrochen und neu gestartet werden. Die besondere Herausforderung besteht dabei laut KIT darin, bei sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten scharfe Kanten ohne ein Verschmieren des Materials umzusetzen. Optimierungen in diesem Bereich könnten zu hohen Kosteneinsparungen in der Zellfertigung führen, so die Wissenschaftler.

Mittels Membrandüse gelingt schnellere Beschichtung

„Präzision bei der Elektrodenbeschichtung ist ein ganz wesentlicher Faktor für die Effizienz und die Kosten der gesamten Batteriezellenproduktion. Selbst kleine Produktionsfehler machen Batteriezellen unbrauchbar. Aufgrund des hohen Ausschusses und des geringen Durchsatzes sind Lithium-Ionen-Batterien heute teurer, als es eigentlich notwendig wäre“, so Professor Wilhelm Schabel vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik – Thin Film Technology (TVT-TFT), der am KIT für die Forschung zu diesem Thema verantwortlich ist.

Wie das KIT mitteilte, gelang nun dem Doktoranden Ralf Diehm eine entscheidende Weiterentwicklung, indem er die Düse für das Elektrodenmaterial mit einer schwingenden Membran ausgerüstet und diese weiterentwickelt hat. Mittels der Membrandüse wird das Auftragen der Beschichtungspaste zyklisch gestoppt und gestartet. Außerdem sei durch die Membran eine viel präzisere Steuerung möglich als mit den mechanischen Ventilen, wodurch die Fertigungsqualität verbessert und der Ausschuss reduziert werde.

Ralf Diehm erklärt: „Da diese Membran im Vergleich zu mechanischen Ventilen viel leichter ist, sind sehr schnelle Reaktionszeiten und somit hohe Geschwindigkeiten möglich. Bislang waren Hersteller auf Geschwindigkeiten von etwa 30 bis 40 Meter pro Minute begrenzt. Mit der neuen Technologie erreichen wir bis zu 150 Meter pro Minute bei der Elektrodenbeschichtung.“ Dem fügt Dr. Philip Scharfer, Leiter der Gruppe Thin Film Technology (TFT) am KIT, hinzu: „Eine schnellere Beschichtung erfordert kürzere Trocknungszeiten. Andernfalls müssten Trocknerstrecke und damit die gesamte Anlage entsprechend vergrößert werden.“ 

Auch bei diesem Punkt sollen bereits Ergebnisse erzielt worden sein. So sei es dem Forschungsteam bereits gelungen, die Trocknungszeit bei gleichbleibenden Elektrodeneigenschaften um etwa 40 Prozent zu verringern. Nun soll im Rahmen eines Spin-offs von Ralf Diehm und seinem Laborteam die neue Technologie zur industriellen Produktion überführt werden.

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