TUM: beschleunigte Zellproduktion in Aussicht
Füllung einer Lithiumionen-Zelle unter Vakuum: Die Benetzung der Elektrode (dunkler Bereich) schreitet von allen Seiten gleichmäßig voran. Links: nach 33 Min, rechts nach 41 Min. Nach etwa 50 Min. ist die Elektrode vollständig benetzt.
21.03.2018 - 13:00 Uhr
Wissenschaftler der Technischen Universität München (TUM) arbeiten derzeit gemeinsam mit Entwicklern von Bosch an Verfahren, die eine schnellere Befüllung von Lithium-Ionen-Batterien und somit einen schnelleren Herstellungsprozess ermöglichen sollen. Mittels Neutronen und einer modernen Forschungsanlage ist den Forschern offenbar ein Durchbruch gelungen.
Das Befüllen der Lithium-Ionen-Zellen mit Elektrolytflüssigkeit ist laut TUM einer der zeitlich aufwändigsten Prozesse in der Herstellung von Batterien. Zwar dauere das Befüllen selbst nur wenige Sekunden, aber um sicherzugehen, dass die Flüssigkeit vollständig in die Poren des Elektrodenstapels eingesogen ist müssten Batteriehersteller oft viele Stunden lang warten.
Im Vakuum schnelle Befüllung möglich
Um das Befüllen einer Lithium-Ionen-Batterie für Hybridautos mit Elektrolytflüssigkeit zu analysieren, haben die Kooperationspartners nun Neutronen verwendet. Diese eignen sich laut TUM gut dafür, da sie vom Metallgehäuse des Akkus kaum absorbiert werden, wodurch im Inneren der Batterie die Prozesse sehr gut verfolgt werden können. Dabei habe sich gezeigt, dass die Elektroden unter Vakuum doppelt so schnell benetzt werden wie unter normalen Druckverhältnissen.
An sich sei die Befüllung im Vakuum kein neues Verfahren, jedoch gab es offenbar bis dato keine genauen Kenntnisse über die Prozesse im Inneren. Dr. Wolfgang Weydanz, Entwickler bei Bosch, erklärte: „Um sicher zu gehen, dass auch wirklich alle Poren der Elektrode mit Elektrolyt gefüllt sind, planen die Hersteller eine lange Sicherheitsmarge ein. Das kostet Zeit und Geld.“
Die Wissenschaftler konnten nun mit der Neutronenradiografie- und Tomografieanlage ANTARES der Forschungs-Neutronenquelle FRM II in Garching beobachten, dass im Vakuum bereits nach gut 50 Minuten die gesamte Elektrode benetzt ist. Die Flüssigkeit breitete sich bei diesem Verfahren in der Batteriezelle von allen vier Seiten aus gleichmäßig von außen zur Mitte hin aus. Dieser Vorgang dauerte unter Normaldruck rund 100 Minuten, überdies wird dabei weniger Elektrolytflüssigkeit aufgenommen.
Die ausführlichen Forschungsergebnisse können Sie im Journal of Power Sources vom 15 März 2018 einsehen.
