Weltrekord am KIT 100 Meter Batterie-Elektrodenfolie pro Minute fertigen

Intermittierende Beschichtung mit präzisen Kanten: Das am KIT entwickelte Verfahren erlaubt Beschichtungen von Elektrodenfolien bei neuer Rekordgeschwindigkeit.
Intermittierende Beschichtung mit präzisen Kanten: Das am KIT entwickelte Verfahren erlaubt Beschichtungen von Elektrodenfolien bei neuer Rekordgeschwindigkeit.

Am Karlsruher Institut für Technologie haben Forscher einen Weg gefunden, die Geschwindigkeit der Herstellung von Elektrodenfolien mit absatzweiser Beschichtung um den Faktor drei zu beschleunigen. Damit könnten Li-Ionen-Akkus in Zukunft billiger gefertigt werden.

Lithium-Ionen-Batterien gelten als Schlüsseltechnologie der Elektromobilität und auch der Energiewende. Mit ihnen werden Elektroautos betrieben und sie sollen zukünftig als Puffer im Smart Grid eingesetzt werden. Jedoch ist ihre Herstellung noch vergleichsweise teuer. Damit die Fertigung von Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft preiswerter wird, sind neue Fertigungstechnologien erforderlich.

Am Karlsruher Institut für Technologie, kurz: KIT, ist es Forschern nun gelungen, die Geschwindigkeit der Herstellung von Elektrodenfolien mit absatzweiser Beschichtung um den Faktor drei zu erhöhen – das entspricht einer Länge von 100 Meter pro Minute. Damit ließe sich mit der zum Patent angemeldeten Fertigungstechnologie bis zu 300 Prozent mehr Elektrodenfolie herstellen, was wiederum den Fertigungspreis von Lithium-Ionen-Batterien senken könnte.

In drei Jahren von 25 auf 100 Meter

Die Fertigungstechnologie wurde in einer KIT-Arbeitsgruppe und Prof. Wilhelm Schnabel und Dr. Philip Scharfer vom Forschungsgebiet »Thin Film Technology«, kurz: TFT, am Institut für Thermische Verfahrenstechnik in dreijähriger Forschungsarbeit entwickelt. Elektrodenfolien sind die eigentlichen Energiespeicher. Die Geschwindigkeit der intermittierenden Herstellung dieser Folien lag zu Beginn des Forschungsprojekts »Competence E« bei rund 25 bis 30 Meter pro Minute, am Ende bei den schon genannten 100 Metern pro Minute.

Um dieses Ziel zu erreichen, entwickelten die Wissenschaftler eine neuartige Beschichtungstechnologie, die neben einer kontinuierlichen Beschichtung auch ein präzises Muster erzeugen kann. Eine Elektrodenfolie wird hergestellt, indem ein Slurry aus Aktivmaterial, Ruß, Binder, Lösungsmittel und Additiven auf eine Substratfolie aus Kupfer für die Anode oder aus Aluminium für die Kathode aufgetragen wird. Die Beschichtung erfolgt durchgehend oder aber unterbrochen, sprich: intermittierend. Letzteres ist für die folgenden Verfahrensschritte von Vorteil. Prof. Schabel erklärt, warum dem so ist: »Bei intermittierender Beschichtung kommt es darauf an, dass die Start- und Stoppkanten auch bei hohen Frequenzen sauber verlaufen. Dies erreichen wir bei unserem Verfahren durch eine Membran, die sich im Auftragswerk, das heißt in der Düse, schnell und gesteuert hin- und herbewegt.«

Bei diesem Verfahren wird auf weitere bewegliche Teile verzichtet. So werden die hohen Frequenzen bis zu 1000 Elektrodenmuster pro Minute bei gleichzeitig präziser Beschichtung ermöglicht. Durch spezielle Einstellungen an der Membran können die Fließeigenschaften der Pasten im Prozess angepasst werden.