Energiespeichersysteme, insbesondere Akkumulatoren, sind die Schlüsseltechnologien beim Übergang zu einer klimaneutralen Gesellschaft. Bereits im Jahr 2030 wird weltweit mit einem Anteil von ca. 32% elektrischer Fahrzeuge an Neuwagenverkäufen gerechnet, wobei dieser Anteil in China bei ca. 48%, liegen wird.i Um diesen Wachstum zu ermöglichen, ist vor allem das schnelle Laden der Batterie entscheidend. Je bequemer, nutzerfreundlicher und routinierter der Gebrauch von Akkumulatoren wird, desto weniger Zweifel haben die Verbraucher an batterieelektrischen Fahrzeugen (engl. battery electric vehicles, BEVs), z. B. Angst vor zu geringer Reichweite. Nach Einschätzung der Mercedes-Benz AG (MERC) würden Ladezeiten kleiner 10 Minuten die Akzeptanz der Technik deutlich erhöhen. Damit wird der Ladevorgang problemlos auch unterwegs machbar. Heim-Ladestation sind dann nicht mehr zwingend notwendig. Zudem können die Batterien kleiner ausgelegt werden, da sie nicht mehr für den Großteil der Strecke ausreichen müssen, sondern auf dem Weg schnell nachgeladen werden können. Die Ladezeit aktueller Batterien liegt je nach Ausführung in der Größenordnung von 15 bis 30 Minuten.
Institut für Füge- und Schweißtechnik
elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme
NEWBIE adressiert die 3 übergeordneten Ziele (1), Reduktion der Ladezeit (2) Material- und Kosteneinsparungen im Batteriedesign und (3) Energie- und Kosteneinsparungen in der Produktion. Alle Ziele führen zu einer Reduktion der CO2-Emissionen im Batterielebenszyklus und wirken sich somit positiv auf die Nachhaltigkeit von Batteriezellen aus.
Die Schnellladung von Batteriezellen, sowohl im Herstellungsprozess als auch im Betrieb, stellt eine Schlüsselfunktion in der Elektromobilität dar und wirkt sich auf alle drei Projektziele wesentlich aus. Das übergeordnete Ziel ist daher die spezifische Schnellladefähigkeit der Zellmaterialsysteme zu ermitteln, um maximale Betriebsgrenzen festzulegen. Damit gelingt es die Ladezeit deutlich zu reduzieren ohne Einbußen in der Lebensdauer zu haben.
Ein übergeordnetes Ziel ist die CO2-Emissionsreduktion und Prozesskostensenkung durch die Entwicklung innovativer und skalierfähiger Herstellungsmethoden von Elektroden. Unter der Verwendung erhöhter Feststoffanteile bei der Suspensionsherstellung wird der Lösungsmittelanteil und somit auch die Trocknungsenergie deutlich reduziert. Zugleich führt das auf dem Zweiwellenextruder basierende kontinuierliche Mischsystem zu einer Einsparung von 60% der prozessspezifischen Mischenergie und einer signifikanten Durchsatzerhöhung pro Maschineneinheit im Vergleich zum Chargenmischen (Stand der Technik). Weiter kann durch den hohen Feststoffanteil (hochviskose Pasten) kann eine weitere Durchsatzerhöhung durch die Maximierung des anlagenspezifischen Durchsatzes Mischen/Beschichten ermöglicht werden.
Die in den Produktionsprozessen eingesetzte Prozessatmosphäre hat einen wesentlichen Einfluss auf die Qualität der Zwischen- und Endprodukte, da zahlreiche Materialien chemische Reaktionen mit den Elementen der Atmosphäre (insbesondere Wasser) eingehen, deren Reaktionsprodukte zu einer signifikant reduzierten elektrochemischen Leistungsfähigkeit führen. Die aus diesem Grund eingesetzte Konditionierung der Prozessatmosphäre, wie z. B. Trockenraum oder Inertgas sowie Reinraumumgebungen, ist sowohl energie- als auch kostenintensiv, weshalb im Rahmen des Teilvorhabens eine den entwickelten Materialien und Prozessen gerechte und gleichzeitig energieeffiziente Konditionierung der Prozessatmosphäre ermittelt wird.