Weltrekord in der Batterie-Forschung: E-Autos bald günstiger?

Karlsruhe – Das Karlsruher Institut für Technologie hat ein neues Verfahren entwickelt, das die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien deutlich schneller und damit günstiger macht. Das neue Batterie-Produktionsverfahren ist bereits zum Patent angemeldet worden. Ein neuer Weltrekord wurde auch schon aufgestellt.

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben es durch ein neues Verfahren geschafft, die Herstellung von Elektrodenfolien, die die eigentlichen Energiespeicher sind, um 300 Prozent zu erhöhen. Dadurch ist die Produktion von Lithium-Ionen-Batterien deutlich schneller möglich als bisher. Die Kosten für Lithium-Ionen Batterien könnten in Zukunft deutlich fallen.

Weltrekord: 100 Meter Elektrodenfolie pro Minute

Die Arbeitsgruppe um Prof. Wilhelm Schabel und Dr. Philip Scharfer vom Forschungsbereich „Thin Film Technology“ (TFT) hat es geschafft, im Rahmen des Projekts „Competence E“ die Geschwindigkeit der Herstellung von Elektrodenfolien mit absatzweiser Beschichtung zu verdreifachen. Mit etwa 100 Meter Elektrodenfolie pro Minute ist dies ein neuer Weltrekord. Stand der Technik sind etwa 25 bis 35 Meter.

Ziel: 100 Meter pro Minute bis 2030

Bei der Herstellung einer Elektrodenfolie wird ein Slurry aus Aktivmaterial, Ruß, Binder, Lösungsmittel und Additiven auf eine Substratfolie aus Kupfer (für die Anode) oder Aluminium (für die Kathode) aufgetragen. Die Beschichtung kann durchgehend erfolgen, besser ist aber wegen der nachfolgenden Verfahrensschritte ein unterbrochener bzw. intermittierender Prozess. „Bei intermittierender Beschichtung kommt es darauf an, dass die Start- und Stoppkanten auch bei hohen Frequenzen sauber verlaufen“, erklärt Schabel. „Dies erreichen wir bei unserem Verfahren durch eine Membran, die sich im Auftragswerk, das heißt in der Düse, schnell und gesteuert hin- und herbewegt.“

Dieses Verfahren verzichtet auf weitere bewegliche Teile und ermöglicht dadurch die hohen Frequenzen von bis zu 1.000 Elektrodenmustern pro Minute bei zugleich hochpräziser Beschichtung. Besondere Einstellungen an der Membran erlauben, die Fließeigenschaften der Pasten im Prozess später anzupassen. Der Verband des Deutschen Maschinen- und Anlagenbaus (VDMA) hat in einer in diesem Jahr herausgegebenen „Roadmap Batterie-Produktionsmittel“ eine Beschichtungsgeschwindigkeit von 100 Metern pro Minute als Ziel bis zum Jahr 2030 vorgegeben – dieses Ziel haben die KIT-Wissenschaftler bereits jetzt erreicht.

Gleiche Investitionen, höherer Ertrag

Die neue Technologie erlaubt es bei gleichbleibenden Investitionskosten, 300 Prozent mehr Elektrodenfolien als zuvor zu produzieren. Dadurch könnten die Kosten für Lithium-Ionen-Batterien deutlich sinken. In Verbindung mit einem am KIT ähnlichen Verfahren wurden bereits erfolgreich Elektroden für Elektrofahrzeuge im testmaßstab hergestellt. „In Kombination mit der ebenfalls am KIT entwickelten und zum Patent angemeldeten Helix-Technologie für gewickelte Lithium-Ionen-Batterien bietet das neue Beschichtungsverfahren die Möglichkeit, die Kostenführerschaft zu erreichen“, so Dr. Andreas Gutsch, Projektleiter von „Competence E“ am KIT.

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