Batterieproduktion: Laserlicht statt Ofen-Trocknung und Vakuum-Technologie
Im wahrsten Sinne um Watt geht es dem Dresdner Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS und dem Aachener Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT: Im Mittelpunkt des gemeinsamen Projekts »DRYLAS – Energieeffiziente, laserbasierte Trocknung von Elektrodenbeschichtungen für Lithium-Ionen Akkumulatoren« steht die energieeffiziente Trocknung von Elektroden-Schichten, sogenannten Slurries, die während der Batterieproduktion nass-chemisch auf die stromleitenden Metallfolien aufgebracht werden. Bisher kommen Durchlauföfen zum Einsatz, welche die in den Slurries enthaltenen Lösemittel während der Trocknung entfernen. Dr. Dominik Hawelka, Wissenschaftler am Fraunhofer ILT, bringt die Motivation für das Forschungsprojekt auf den Punkt: »Der Energieeintrag in die Schichten gestaltet sich in diesen Öfen im Vergleich zu der Energieeinbringung mittels Laserstrahlung nicht besonders energieeffizient. Daher setzen wir hier auf das Werkzeug Licht.«
Im BMBF-Förderprojekt ProSoLitBat entsteht eine Rolle-zu-Rolle-Prozesskette zur kontinuierlichen Herstellung von Lithium-Festelektrolyt-Batterien.
Fraunhofer ILT, Aachen
Energieverbrauch halbiert
Die beiden Institute haben als Alternative einen Inline-Prozess entwickelt, der sich bereits bei ersten Tests mit ihrem Faserlaser-Trocknungsmodul in einer sogenannten Rolle-zu-Rolle-Anlage des Fraunhofer IKTS in Dresden bewährt hat. »Wir können die Laserstrahlung direkt in die Slurries einbringen und sie so wesentlich effizienter trocknen«, berichtet der Physiker. »Unser Trocknungsprozess kommt etwa mit der Hälfte der sonst beim Durchlaufofen notwendigen Energie aus.« Die beiden Institute wiesen außerdem nach, dass sich mit den faserlaser-getrockneten Elektroden Batteriezellen aufbauen lassen, die genauso einwandfrei funktionieren wie konventionell im Durchlaufofen behandelte Komponenten.
Kontinuierliche Fertigung mit der Rolle-zu-Rolle-Prozesskette
Das Fraunhofer ILT nutzt seine Kompetenz in Sachen Lasertechnik aber auch hautnah zur Realisierung photonischer Prozess- und Anlagentechnik im BMBF-Förderprojekt ProSoLitBat, das die SCHMID Energy Systems GmbH aus Dunningen koordiniert. Im Mittelpunkt steht die industrielle, kontinuierliche Produktion von Lithium-Festkörperbatterien in Dünnschichttechnik. Das Ziel des bis 2017 laufenden Projekts ist eine sogenannte Rolle-zu-Rolle-Prozesskette als Alternative zu dem bisher eingesetzten Vakuumverfahren. Das diskontinuierlich arbeitende Vakuumverfahren ist äußerst aufwändig und kostenintensiv. »Im Gegensatz dazu lassen sich durch eine kontinuierliche Fertigung signifikant höhere Stückzahlen zu geringeren Kosten produzieren, wodurch die Lithium-Feststoffbatterien deutlich breitere Anwendungsmöglichkeiten finden werden“, erläutert Dipl.-Ing. Christian Hördemann, Wissenschaftler am beteiligten Fraunhofer ILT. »Wir haben eine erste unter Schutzgas-Atmosphäre arbeitende Versuchsanlage aufgebaut, mit der wir jetzt Batterien mit integriertem Ultrakurzpulslaser konfektionieren können.«
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