eLaB: Ein Meilenstein auf dem Weg zum Leitmarkt E-Mobility Einzigartiges Labor für Batterietechnologie

Entwicklung, Test und Produktion von Hochleistungsbatterien sind Kernvoraussetzung, um Deutschland zum Leitmarkt für Elektromobilität zu machen. Mit dem eLaB in Ulm entsteht für 27 Mio. Euro ein weltweit einzigartiges Dienstleistungszentrum, das in Zukunft die im Aufbau befindliche deutsche Fahrzeugbatterieindustrie bei ihrer Aufholjagd unterstützt.

»Deutschland soll Leitmarkt für die Elektromobilität werden. Die Batterieforschung ist der Schlüssel dazu«. Mit diesen Worten unterstrich Bundesforschungsministerin Dr. Annette Schavan, beim Spatenstich für das eLaB, dem Labor für Batterietechnologie des Zentrums für Sonnenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, kurz ZSW, die besondere Bedeutung dieses zukünftigen Dienstleistungszentrums für die die im Aufbau befindliche deutsche Industrie für Fahrzeugbatterien.

Lithium-Ionen-Batterien stellen die Schlüsseltechnologie für Elektromobilität und auch für die dezentrale Speicherung von Strom aus erneuerbaren Energien dar. Derzeit sind fahrzeugtaugliche und kostengünstige Hochleistungsbatterien aber noch eine Herausforderung. Das eLaB wird ab nächstem Jahr auf 6.600 m2 ausreichend Platz und Equipment zur Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen und für Batteriesicherheitstests bieten.

»Elektrofahrzeuge müssen genauso sicher sein, wie Fahrzeuge mit herkömmlichen Antrieb«, betonte Dr. Peter Ramsauer, Bundesminister für Verkehr, Bau und Stadtentwicklung in einem Grußwort, »dazu brauchen wir umfassende Tests, um zum Beispiel das Unfallverhalten von Batterien zu ermitteln«. Sein Ministerium fördert deshalb den Aufbau des Batterietestzentrums in Ulm mit rund 13 Mio. Euro. »Mit dem eLaB entsteht eine außergewöhnliche Technologieplattform«, freut sich ZSW-Vorstand Professor Werner Tillmetz, »die neue Forschungs- und Entwicklungsinfrastruktur schließt eine Lücke im Bereich der Sicherheitstests und der Produktionstechnologien für Batterien der nächsten Generation«.

Für Hersteller von Aktivmaterialien stellt das e-LaB ein ideales Umfeld für die Evaluierung neuer Komponenten und Mixturen in industriellen Standardzellen dar. Künftig wird es möglich sein,  verschiedenste Materialkonzepte sehr schnell in Standardzellen zu testen, ohne laufende Produktionsanlagen beim Batteriehersteller zu blockieren.

Gemeinsam mit Herstellern von Produktionsanlagen entwickelt das ZSW neue Fertigungstechnologien. Spezielle Apparaturen zur Öffnung von Lithium-Ionen-Zellen und die dazugehörige Analytik sind elementarer Bestandteil von Post-Mortem Analysen und beschleunigten Lebensdaueruntersuchungen.

Ein wesentlicher Teil des e-LaB wird deshalb wie Prof. Tillmetz betont, den Sicherheitstests gewidmet. »In unabhängigen Tests müssen die Hersteller nachweisen, dass neue Batteriesysteme nicht nur alle Sicherheitsanforderungen erfüllen, sondern auch einer Vielzahl, sehr anspruchsvoller Betriebsbedingungen im automobilen Umfeld gerecht werden«, so Prof. Tillmetz, »dazu gehören etwa Betriebstemperaturen von -30 bis +50 °C, 300.000 Lade-/Entladezyklen und mehr als zehn Jahre kalendarische Lebensdauer«.  Auf Batterien, die gleichzeitig auch noch für das Lastmanagement der Energieversorger eingesetzt werden sollen, kommen noch weitere Anforderungen zu.

Speziell zu diesem Zweck wird ein Testfeld mit mehreren Sicherheitstestkammern und 20 Testkabinen mit Klimatisierung und ausgefeilter Messtechnik errichtet. Zu den weiteren Highlights des eLaB zählt der Aufbau umfassender Testeinrichtungen für komplette Batteriesysteme mit Fragestellungen zu Batteriemanagement, Ladezustandsbestimmung, Fehlerdiagnose und Thermalhaushalt.

Beifall für den Bau des eLaBs kommt deshalb vom seit April dieses Jahres bestehenden Kompetenznetzwerk Lithium Ionen Batterien (KLiB). »Mit dem neuen Labor für Batterietechnologie wir die operative Technologiebasis für die Entwicklung und Festigung unserer Materialkonzepte geschafffen«, kommentiert Dr. Hubert Jäger, Vorstandsvorsitzender des KLiB den ersten Spatenstich für das eLaB, »parallel dazu bedarf es aber auch der Entwicklung und des Aufbaus entsprechend effizienter Fertigungstechnologien. Das ist eine nationale Aufgabe«. Wie Dr. Jäger betont, findet Elektromobilität, anders als etwa in China, derzeit nicht in Deutschland statt. Darum sind seien diese Entwicklungen und die damit verbundenen Investitionen notwendig, um das erklärte Ziel der Bundesregierung zu erreichen, bis im Jahr 2020 eine Million Elektrofahrzeuge auf Deutschlands Straßen zu bekommen.

ZSW demonstriert komplette Fertigungskette


Als erstem europäischen Forschungsinstitut ist es dem ZSW gelungen, den kompletten Herstellungsprozess von Lithium-Ionen-Batterien abzubilden. Bei den gefertigten Zellen handelt es sich um den Standardtyp 18650.

»Von der Beschichtung über Schneiden, Wickeln, Kontaktieren und Füllen bis zur Formierung konnten wir alle Prozessschritte bei der Produktion von Hochleistungsbatterien erfolgreich demonstrieren«, berichtet Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin des Fachgebiets Akkumulatoren Materialforschung am ZSW.

Die ersten Zellen aus den Labors haben bereits 2000 Zyklen mit hoher Belastung hinter sich und zeigen nach Darstellung von Dr. Wohlfahrt-Mehrens kaum Kapazitätsverluste. Bei den Akkus handelt es sich um die weltweit anerkannten Standardrundzellen, die derzeit auch in Elektroautos zum Einsatz kommen.

In einem nächsten Schritt wird das ZSW nun großflächige Folien-Zellen bzw. prismatische Zellen herstellen, die für die Elektromobilität künftig bevorzugt werden. Mit dem im nächsten Jahr bezugsfertigen eLaB werden die technischen Möglichkeiten für die Entwicklung von Hochleistungsbatterien in Zukunft noch einmal deutlich ausgebaut.