Neues Beschichtungsverfahren – Billigere Batterien?
Ein neues Beschichtungsverfahren ermöglicht einem Forschungsteam des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) die bisher schnellste Produktion von Elektroden für Lithiumionen-Batterien. Gleichzeitig verbessert das neue Verfahren die Qualität der Elektroden. Es reduziert die Produktionskosten und führt so zu billigeren Batterien.
Beim Herstellen von Elektroden für Batterien wird Elektrodenmaterial als dünne Paste in einem rechteckigen Muster auf eine Folie aus Kupfer oder Aluminium aufgetragen. Unterbrochen ist das Muster von kurzen Abschnitten unbeschichteter Folie, unerlässlich zur Ableitung der Elektronen. Dafür wird der Beschichtungsprozess immer wieder unterbrochen und neu gestartet. Die Herausforderung besteht dabei darin, scharfe Kanten ohne ein Verschmieren des Materials bei gleichzeitig sehr hohen Produktionsgeschwindigkeiten zu ermöglichen.
Lithiumionen-Batterien teurer als nötig
„Selbst kleine Produktionsfehler machen Batteriezellen unbrauchbar. Auch aufgrund des hohen Ausschusses und des geringen Durchsatzes sind Lithiumionen-Batterien heute teurer, als es eigentlich notwendig wäre,“ betont Professor Wilhelm Schabel, der am KIT für die Forschung zu diesem Thema verantwortlich ist.
Eine entscheidende Weiterentwicklung gelang nun dem Doktoranden Ralf Diehm. Er hat die Düse für das Elektrodenmaterial mit einer schwingenden Membran, die das Auftragen der Beschichtungspaste zyklisch stoppt und wieder startet, ausgestattet und weiterentwickelt. „Da diese Membran viel leichter ist, sind schnelle Reaktionszeiten und somit hohe Geschwindigkeiten möglich“, erklärt Diehm. „Bislang waren Hersteller auf Geschwindigkeiten von etwa 30 bis 40 Meter pro Minute begrenzt. Mit der neuen Technologie erreichen wir bis zu 150 Meter pro Minute bei der Elektrodenbeschichtung.“
Neben einer höheren Produktionsgeschwindigkeit hat ein Wegfall mechanischer Teile in der Auftragsdüse noch weitere Vorteile für die Elektrodenherstellung. Weil sich die Membran viel präziser steuern lässt, verbessert sich die Fertigungsqualität und der Ausschuss verringert sich. Die Technologie wird nun im Rahmen eines Spin-offs von Ralf Diehm und seinem Team vom Labor zur industriellen Produktion überführt.