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Kostendurchbruch bei Lithium-Ionen-Batterien

Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben die Geschwindigkeit der Herstellung von Elektrodenfolien mit absatzweiser Beschichtung auf 100 Meter und 1000 Strukturen pro Minute verdreifacht. Lithium-Ionen-Batterien könnten so deutlich günstiger werden.

Die neue Beschichtungstechnologie steigert das Produktionstempo auf 100 Meter pro Minute und senkt so Fertigungskosten von Lithium-Ionen-Batterien. (Foto: Karlsruher Institut für Technologie - KIT)

Die neue Beschichtungstechnologie steigert das Produktionstempo auf 100 Meter pro Minute und senkt so Fertigungskosten von Lithium-Ionen-Batterien. (Foto: Karlsruher Institut für Technologie - KIT)

Innovativer Kern der neuen Beschichtungstechnologie ist ein flexibles Düsenverfahren, das nicht nur kontinuierliche Muster, sondern auch beliebige Muster mit großer Präzision bei hohen Geschwindigkeiten erzeugen kann. Dieses von einer Arbeitsgruppe um Professor Wilhelm Schabel und Dr. Philip Scharfer vom Forschungsbereich "Thin Film Technology" (TFT) am Institut für Thermische Verfahrenstechnik des KIT nach dreijähriger Forschungsarbeit entwickelte Verfahren, erhöht die die Geschwindigkeit der intermittierenden Herstellung von Elektrodenfolien, welche die eigentlichen Energiespeicher der Lithium-Ionen-Akkus sind, auf 100 Meter pro Minute. Bisher waren nur 25 bis 35 Meter pro Minute möglich.

Membran ermöglicht hochfrequente intermittierende Beschichtung

Bei der Herstellung einer Elektrodenfolie für einen Stromspeicher wird ein Slurry aus Aktivmaterial, Ruß, Binder, Lösungsmittel und Additiven auf eine Substratfolie aus Kupfer (für die Anode) oder Aluminium (für die Kathode) aufgetragen. Die Beschichtung kann durchgehend, besser aber für nachfolgende Verfahrensschritte unterbrochen, das heißt intermittierend erfolgen. Bei der intermittierender Beschichtung kommt es darauf an, dass die Start- und Stoppkanten auch bei hohen Frequenzen sauber verlaufen. Dies erreichten die Wissenschaftler durch eine Membran, die sich im Auftragswerk, das heißt in der Düse, schnell und gesteuert hin- und herbewegt. So kann auf weitere bewegliche Teile verzichtet und die hohen Frequenzen von bis zu 1.000 Elektrodenmustern pro Minute bei zugleich hochpräziser Beschichtung erreicht werden.

Kosten von Lithium-Ionen-Batterien können beträchtlich sinken

Die KIT-Wissenschaftler stellten so einen neuen Weltrekord in der weltweit schnellsten Herstellung von Batterieelektroden auf und knackten bereits heute ein für 2030 vom Verband des Deutschen Maschinen- und Anlagenbaus (VDMA) angestrebtes Entwicklungsziel. Durch die Verdreifachung der Elektrodenfolienproduktion können die Fertigungskosten von Lithium-Ionen-Batterien zukünftig weiter beträchtlich gesenkt werden. Dies könnte der Lithium-Ionen-Technik auch in der breiten Anwendung zum Kostendurchbruch verhelfen. Denn obwohl die Kosten für einen solchen Stromspeicher pro gespeicherter Kilowattstunde auf die gesamte Laufzeit gerechnet bereits günstiger sind als die Kosten pro kWh von Blei-Akkus, sind sie absolut gesehen, noch nicht wettbewerbsfähig.

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"Kostendurchbruch bei Lithium-Ionen-Batterien" wurde am 22.10.2014 verfasst