Neues Verfahren soll Kosten der Batteriezell-Produktion senken

Forschungsergebnis des Karlsruher Instituts für Technologie

| Autor: ampnet

Die Kosten für E-Auto-Akkus müssen weiter sinken, ein neues Verfahren aus Karlsruhe soll dazu beitragen.
Die Kosten für E-Auto-Akkus müssen weiter sinken, ein neues Verfahren aus Karlsruhe soll dazu beitragen. (Bild: Nissan)

Im Kampf gegen die hohen Preise von Lithiumionen-Batterien ist einem Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nach eigenen Angaben ein Erfolg gelungen. Dank eines neuen Beschichtungsverfahrens der Elektroden soll die Produktion deutlich schneller verlaufen als bislang. Weitere Vorteile des Verfahrens sind die bessere Qualität der Elektroden sowie generell sinkende Produktionskosten.

Beim Herstellen von Elektroden für Batterien wird Elektrodenmaterial als dünne Paste in einem rechteckigen Muster auf eine Folie aus Kupfer oder Aluminium aufgetragen. Unterbrochen ist das Muster von kurzen Abschnitten unbeschichteter Folie, die zur Ableitung der Elektronen unerlässlich sind. Für diese Abschnitte muss der Beschichtungsprozess immer wieder unterbrochen und neu gestartet werden. Eine besondere Herausforderung besteht, scharfe Kanten ohne ein Verschmieren des Materials bei gleichzeitig sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten zu ermöglichen.

„Selbst kleine Produktionsfehler machen Batteriezellen unbrauchbar. Auch aufgrund des hohen Ausschusses und des geringen Durchsatzes sind Lithiumionen-Batterien heute teurer, als es eigentlich notwendig wäre“, erklärt Professor Wilhelm Schabel vom Institut für Thermische Verfahrenstechnik – Thin Film Technology, der am KIT für die Forschung zu diesem Thema verantwortlich ist. Dieser Bereich habe daher das höchste Potenzial für Kosteneinsparungen in der Zellfertigung.

Produktionsgeschwindigkeit könnte deutlich steigen

Eine entscheidende Weiterentwicklung gelang nun laut KIT dem Doktoranden Ralf Diehm in Schabels Gruppe. Er hat die Düse für das Elektrodenmaterial mit einer schwingenden Membran, die das Auftragen der Beschichtungspaste zyklisch stoppt und wieder startet, ausgestattet und weiterentwickelt. „Da diese Membran im Vergleich zu mechanischen Ventilen viel leichter ist, sind sehr schnelle Reaktionszeiten und somit hohe Geschwindigkeiten möglich“, erklärt Diehm. Weil sich die Membran viel präziser steuern lässt als mechanische Ventile, verbessere sich zudem die Fertigungsqualität, während sich gleichzeitig der Ausschuss verringere.

„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.“ Auf einer typischen Fertigungslinie könnten mit der neuen Technik Elektroden für bis zu dreimal so viele Batteriezellen hergestellt werden, heißt es vom KIT. Dieser Entwicklungsschritt soll dazu beitragen, den wachsenden Bedarf für die Elektromobilität zu decken.

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