3D-SSB

3D-SSB – 3D-Strukturierung von Solid-State Kathoden zur Erhöhung der Leistungs- und Energiedichte

Fördergeber: BMBF

Ansprechpartner : Laura Helmers, Christine Burmeister

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Ziel des Projekts „3D-SSB“ ist die Steigerung der Leistungs- und Energiedichte von Solid-State-Batterien (SSB) durch die gezielte Strukturierung von hochkapazitiven Kathoden. Darüber hinaus soll eine Prozesskette für die skalierbare Herstellung entsprechender 3D-strukturierter Elektroden erarbeitet werden.
Dazu wird ein Strukturbaukasten entwickelt, der Bausteine mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften beinhaltet. Auf Grundlage dieser Bausteine werden innovative additive und subtraktive Verfahren zur gezielten Herstellung von zwei- und dreidimensional strukturierten Solid-State-Kathoden evaluiert. Zur Identifizierung geeigneter hierarchischer und gradierter Strukturen, die zu einer Erhöhung der Leistungsdichte führen, werden Struktursimulationen durchgeführt. Mit Hilfe von verbesserten Inaktivkomponenten werden die 3D-strukturierten Solid-State-Kathoden zu hochkapazitiven SSB-Zellen weiterverarbeitet, die eine Steigerung der Leistungsdichte gegenüber Zellen mit unstrukturierten Kathoden aufweisen. Dabei liegt ein Hauptaugenmerk auf den Grenzflächen innerhalb der Kathode sowie zwischen den unterschiedlichen Zell-Komponenten. Parallel wird ein Bewertungskatalog entwickelt, mit dessen Hilfe die eingesetzten Einzelprozesse hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit auf eine industrielle Produktion bewertet werden. Dies ermöglicht die Identifizierung einer geeigneten Prozesskette zur großtechnischen Herstellung von 3D-strukturierten SSB.

Abb. links: Schematische Darstellung einer Solid-State-Batteriezelle mit 3D-strukturierter Komposit-Kathode.
Abb. rechts: Übersicht über mögliche Bausteine für die Herstellung von 3D-strukturierten Komposit-Kathoden.
 
 

Ziele und Aufgaben des iPAT

• Verfahrensentwicklung zur gezielten Einstellung physikalischer und elektrochemischer Eigenschaften von Bausteinen (Strukturbaukasten) für die Herstellung von festkörperelektrolytbasierten Komposit-Kathoden.
• Entwicklung eines Pulverbetterzeugungsprozesses für die additive Fertigung von Komposit-Kathoden.
• Modellierung und Simulation von strukturierten Elektroden mittels DEM und FEM zur Identifizierung von geeigneten hierarchischen und graduierten Strukturen.
• Entwicklung einer hochenergetischen Solid-State-Batteriezelle mit erhöhter Leistungsdichte durch die Kombination der vorangegangenen Teilentwicklungen.
• Tiefgehende physikalische und elektrochemische Analyse von 3D-strukturierten Komposit-Kathoden sowie von Solid-State-Batteriezellen.

 
Feste Projektpartner

Continental CPT Zwei GmbH, VON ARDENNE GmbH, LPKF Laser and Electronics AG, SITEC Industrietechnologie GmbH, TU Braunschweig (Institut für Partikeltechnik, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Institut für Konstruktionstechnik), MEET Batterieforschungszentrum, BASF SE, Schott AG, Evonik Industries AG, Gema GmbH