Hochenergiematerialien – kosteneffizient und ökologisch prozessiert

Ziel der Forschungsarbeiten ist, die im Extrusionsverfahren produzierten Elektroden in den Zell-fertigungsprozess für gewickelte Rundzellen zu integrieren. Die Untersuchungen werden dabei in enger Verzahnung mit den vorhanden professionellen Fertigungsprozessen ablaufen. Anhand der Arbeiten werden die Herausforderungen und Lösungsansätze bei der Integration neuer Verfahren der Elektrodenfertigung identifiziert und durch passende Modelle bewertet.

Die Ergebnisse der Arbeiten lassen anschließend eine Übertragbarkeit auf unterschiedliche Zelltypen mit gewickeltem Zellaufbau zu. Beispielhaft sind hierbei die Wickelzellen im Knopfzellformat (VARTA CoinPower) oder in den Formaten 18650 oder 21700 zu nennen.

Das Teilprojekt bei der Varta Microbattery (VMB) gliedert sich in vier Arbeitsschwerpunkte, die in enger Verzahnung mit den Projektpartnern durchgeführt werden.

Startpunkt der Arbeiten ist die Herstellung und Untersuchung von Referenzelektroden auf Basis der abgestimmten Elektrodenrezepturen und Elektrodeneigenschaften. Neben der Elektrodenfertigung sind die Herstellung und der Test von Referenzzellen wesentlicher Bestandteil der Untersuchungen.

Ein zweiter Arbeitsschwerpunkt, der im Vergleich zum Referenzmaterial Graphit signifikante Änderungen erwarten lässt, fokussiert auf das Material Silicium-Kohlenstoff-Komposit. Bei VMB werden Herstellung und Fertigung von Zellen mit der im Projekt neu erforschten Zellchemie Silicium-Kohlenstoff-Komposit, basierend auf neuen Aktivmaterialien, Bindern und Elektrolyten untersucht. Die Erforschung der Eigenschaften einer ersten Generation von lösemittelfreien Elektroden aus dem Extrusionsverfahren werden in Zellen der VMB untersucht. Das bildet den dritten Arbeitsschwerpunkt bei der VMB.

Die Bewertung und der Vergleich der Zelleigenschaften basiert dabei auf Untersuchungen der Zellperformance sowie von Alterungstest (z. B. Zyklisierung) der hergestellten Testzellen.

In dem vierten Schwerpunkt wird das neu erforschte Verfahren bewertet. Dabei wird das im Projekt erforschte Herstellverfahren für Elektroden mit dem parallel untersuchten Referenzverfahren verglichen und es wird ein Bewertungsmodells anhand technischer, ökonomischer und ökologischer Kriterien aufgestellt.

Die Forschungsarbeiten sind so angelegt, dass ausgehend von den geplanten Forschungsergebnissen eine einfache Übertragung auf unterschiedliche Zellformate und Anwendungen erfolgen kann. So wird es möglich sein, trotz der Fokussierung auf ein Standarddesign, auf einfache Art und Weise aus den Elektroden Zellen in den Formaten der Varta CoinPower zu entwickeln, ein sehr gut am Markt etabliertes Produkt von Varta mit Schwerpunktanwendungen im Bereich Consumer electronics.

Daneben ist es auch möglich, größere Rundzellformate wie 18650 oder 21700 zu kreieren, deren Anwendungsspektrum von typischen Anwendungen der consumer electronics über die Mobilisierung von Elektrogeräten aus dem Bereich Haushalt, Garten und Bau bis zu Anwendungen in Fahrzeugen (Pedelec, electro-scooter, Fahrzeuge) und stationären Energiespeichern reicht. Die Forschungsarbeiten dienen zum Aufbau eines Technologievorsprungs im Bereich der Elektrodenfertigung und im Bereich des Hochenergiematerials Silicium-Kohlenstoff-Komposit, der die vorhandene Batteriefertigung stärken soll und den Ausbau weiterer Fertigungskapazitäten erlauben wird.