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18.02.2022 | Keramik + Glas | Nachricht | Online-Artikel

Feststoffbatterien schichtweise produzieren

verfasst von: Leyla Buchholz

2 Min. Lesedauer
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Im Zentrum für Digitalisierte Batteriezellenproduktion am Fraunhofer IPA wird die Prozesstechnik für die Festkörperbatterien der Zukunft entwickelt. Das Forschungsprojekt fördert das Land Baden-Württemberg mit über einer Million Euro.

"Feststoffbatterien haben das Potenzial, die bisherige Batterietechnik abzulösen", davon ist Carsten Glanz überzeugt. Der Gruppenleiter für Applikationstechnik funktionaler Materialien am Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA will zusammen mit einem Team von Wissenschaftlern und zwei mittelständischen Unternehmen aus Baden-Württemberg die Voraussetzungen für die automatisierte Fertigung hochwertiger Stromspeicher schaffen. Verglichen mit den heute gängigen Lithium-Ionen-Batterien haben Festkörperbatterien mehrere Vorteile: Die Sicherheit ist höher – weil kein flüssiger Elektrolyt benötigt wird, kann nichts auslaufen und sich entzünden. Hinzu kommen eine höhere Energiedichte und eine längere Lebensdauer. Noch steckt die Technik in den Kinderschuhen. "Festkörperbatterien mit einer Elektrolyt-Schicht aus Keramik beispielsweise wurden bisher nur im Labormaßstab gefertigt. Die Skalierbarkeit, also die Übertragung der Ergebnisse auf eine Produktion im großen Maßstab, ist noch völlig ungeklärt", so Glanz. Im neuen Forschungsprojekt will der Ingenieur jetzt zusammen mit zwei Industriepartnern eine Prozesskette für die großtechnische Herstellung von Batterien mit keramischen Festkörperelektrolyten entwickeln und optimieren.

Sanfter Übergang statt starrer Grenzen

Eine besondere Herausforderung bei der Fertigung von Feststoffbatterien sind die Material-Übergänge: Scharfe Grenzen zwischen den einzelnen Schichten der Batterie können zu einer schlechten Ionenleitung führen. Durch unterschiedliche thermische Ausdehnungen kann es sogar zum Bruch entlang der Grenzschichten kommen. Die Lösung: fließende Grenzen. "Wir wissen aus Laborversuchen, dass sich die Spannungen durch graduelle Übergänge zwischen dem keramischen Festkörperelektrolyten und den Elektroden verhindern lassen", berichtet Glanz. "Ungeklärt war bisher jedoch, wie sich diese spannungsverringernden Übergänge prozesstechnisch realisieren lassen." Ziel des Projekts ist es, eine Demonstrator-Anlage zu bauen, in der Feststoffbatterien aus hauchdünnen, homogenen Pulverschichten Lage für Lage aufgebaut und gesintert werden, wobei sich die Zusammensetzung des Pulvers mit jeder Schicht verändert: Am Übergang zwischen Elektrode und Elektrolyt beispielsweise wird sukzessive mehr Keramikpulver beigemischt. In zwei Jahren soll der gesamte Produktionsprozess soweit ausgereift sein, dass er von der Industrie für die Batterieherstellung im großen Maßstab genutzt werden kann.

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