Ziel des Projektes "HiStructures" im Cluster ProZell ist es, die Leistungsfähigkeit von Lithium-Ionen-Zellen bei gleichzeitiger Einsparung von Material- und Herstellungskosten zu steigern, um die Voraussetzungen für eine großtechnische Batterieproduktion in Deutschland zu schaffen. Im Mittelpunkt des Projekts steht die Verbindung der Expertise verfahrenstechnischer Arbeitsgruppen mit dem fundierten Know-how der Forscher auf dem Gebiet der elektrochemischen und strukturbasierten Simulation und Modellierung von Batterien.
Das Projekt konzentriert sich auf die Entwicklung von Konzepten für die kontinuierliche und kostengünstige Herstellung ultradicker, doppelseitiger Hochenergie-Elektroden. Die größte Herausforderung bei der Herstellung sehr dicker Elektroden besteht darin, eine hohe Homogenität, mechanische Stabilität, gute Hafteigenschaften und hohe Elastizität sowie eine entsprechend hohe Standzeit zu erreichen. Darüber hinaus werden bei HiStructures verschiedene prozessbasierte Strukturierungskonzepte und deren Kombination miteinander untersucht (z.B. aktive Materialmischungen, Gradienten-Elektroden, Mehrlagenbeschichtung, Laserstrukturierung). Neben der praktischen Arbeit liegt der Schwerpunkt auf der Kombination von Verfahrenstechnik und Simulation. Die Simulationen helfen, die optimale Struktur der Elektroden zu bestimmen und Verlustmechanismen im Batteriebetrieb zu identifizieren und zu minimieren. Im Erfolgsfall wäre es möglich, verbesserte Elektroden mit einem höheren Produktionsdurchsatz und damit geringeren Kosten herzustellen. Schließlich wird die Weiterentwicklung des Verfahrens bis zum Pilotmaßstab ein umfassendes Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen sowie das notwendige Know-how für die Überführung in die industrielle Produktion liefern.
Am Institut für Füge- und Schweißtechnik wird insbesondere das Konzept der Laserstrukturierung verfolgt. Im Fokus stehen die Laser-Material Wechselwirkungen, sowie die Auswirkungen unterschiedlicher Strukturparameter auf die elektrochemischen Eigenschaften. Dabei wird untersucht wie sich die verschiedenen Eigenschaften wie zum Beispiel Schichtdicke, Strukturgröße, Strukturabstand auf die elektrochemischen Eigenschaften auswirken, um diese zu optimieren und gezielt einstellen zu können.
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Projektpartner
