Batteriematerialien für die Zukunft

BREYER forscht an Qualitätsverbesserung der Zellen - BMBF Fördermaßnahme

Die Speicherung des elektrischen Stromes ist für die Elektromobilität und die stationäre Anwendung ein entscheidender Faktor für die Weiterentwicklung des Wirtschafts- und Technologiestandortes Deutschland. Der Schlüssel hierzu sind leistungsfähige und sichere Batterien mit denen es gelingen wird, die Reichweite von Elektrofahrzeugen deutlich zu vergrößern und somit eine große Nutzerakzeptanz zu erreichen. Weiterhin werden Batterien verstärkt auch in stationären Systemen, beispielsweise bei der Regelung des Stromnetzes und der dezentralen Stromspeicherung zukünftig einen wichtigen Beitrag leisten.

Das Ziel der BMBF-Fördermaßnahme „Batterie 2020“ ist es, Material- und Prozessentwicklungen entlang der gesamten Wertschöpfungskette für Batterien in unterschiedlichen Anwendungen zu adressieren. Die Batterieforschung soll somit deutlich gestärkt werden, mit dem Ziel, den Transfer der Ergebnisse in die industrielle Umsetzung (insbesondere der Batteriezellproduktion) zu unterstützen. Die Industrie entlang der Wertschöpfungskette „Batterie“ in Deutschland soll so nachhaltig gestärkt werden.

Fehler erkennen – Prozesse verbessern – Qualität von Batteriezellen steigern

Die Akzeptanz der Elektromobilität steigt weiter mit zunehmender Reichweite der Elektrofahrzeuge.
Eine Voraussetzung hierfür ist die Verbesserung der heutigen Batteriezellen. Erreicht werden kann dies zum einen durch die Weiterentwicklung der Materialsysteme und zum anderen durch Fortschritte in der Produktion. Beide Aspekte beeinflussen die Energiedichte der Batteriezelle und damit die in den Batteriezellen speicherbare Energie.

Ein entscheidender Prozessschritt zur Steigerung der Energiedichte von Batteriezellen
ist beispielsweise die sogenannte Kalandrierung einer Batteriekomponente, der Kathode. Dabei wird das auf einer Aluminiumfolie als Trägermaterial aufgebrachte Aktivmaterial in einem Walzprozess verdichtet. Die Aktivmaterialschicht wird dünner und drückt sich in das Trägermaterial ein, was zu Eigenspannungen führt. Diese Eigenspannungen können bei starken Verdichtungen an der Grenze zwischen beschichteten und unbeschichteten Bereichen zu Faltenbildung führen, wodurch die Funktion der Kathode zerstört werden kann.

An diesem Punkt greift das Vorhaben PErfektZell an.
Untersuchungen zur Ursache der Faltenbildung sollen über den Nachweis der eingebrachten Eigenspannungen erfolgen. Diese bilden die Grundlage, um ein Zusatzmodul am Kalander innerhalb des Vorhabens zu konzipieren und aufzubauen, so dass eine faltenminimierte Bearbeitung von heutigen und zukünftigen Materialsystemen möglich ist. Somit ist perspektivisch eine höhere Verdichtung und damit einhergehend eine höhere Energiedichte von Batteriezellen möglich.

An dem Verbundvorhaben sind neben BREYER ein weiteres Unternehmen und zwei Hochschulen beteiligt.
Die Ergebnisse sollen Herstellern von Batteriezellen und Unternehmen des Maschinen- und Anlagenbaus bei der Verbesserung ihrer Prozesse und Anlagen unterstützen. Das Vorhaben kann somit einen wichtigen Beitrag zur Erhöhung der Energiedichte von Batteriezellen leisten und für Elektrofahrzeuge zu einer Reichweitenverlängerung beitragen.

Bei dem Projekt PErfektZell handelt es sich um eine BMBF Fördermaßnahme.

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