Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien

Elektromobilität ist eine der wichtigsten Schlüsseltechnologien in der Energiewende. Eine vollständige Marktdurchdringung und Nutzung von elektrifizierten Fahrzeugen hat sich vor allem aufgrund von Defiziten bei der Reichweite sowie zu hohen Kosten noch nicht durchgesetzt. Das Ziel im Verbundprojekt ARTEMYS ist es, beide Herausforderungen zu bearbeiten und schlussendlich zu meistern.

Dafür werden geeignete Prozesstechnologien für die Herstellung von vollkeramischen Festkörperbatterien, die eine signifikant höhere Energiedichte und damit Reichweite versprechen, erarbeitet und diese bezüglich ihrer Skalierbarkeit bewertet. Somit wird sowohl eine prozesstechnologische als auch kostenbasierte Entscheidungsgrundlage für eine potenziell nachfolgende Industrialisierung von vollkeramischen Festkörperbatterien am Standort Deutschland gelegt. Durch den Zusammenschluss von drei Forschungsinstituten bzw. Universitäten sowie acht Firmen zu einem Kompetenznetzwerk entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Batteriefertigung wird notwendiges Know-how von der Materialherstellung und -aufarbeitung über die Elektrodenprozessierung und Zellherstellung inklusive Fertigungsplanung bis hin zur Bewertung der Anwendung im Automobil gebündelt.

Die BMW Group übernimmt im Verbundprojekt ARTEMYS die Anforderungsableitung ausgehend von einem potenziellen Elektrofahrzeug auf Materialebene und die Auslegung des Zell- und Stapelkonzepts. Weiterhin werden neue Konzepte zur Verspannung der Elektrodenstapel, zur Konstruktion der Zellen, sowie zur Verschaltung der Zellen erstellt. Darüber hinaus werden die Ergebnisse der Materialsets (sulfidisch, oxidisch) mit den Projektpartnern unter Berücksichtigung der Anforderungen beurteilt und Materialien und Prozesse spezifiziert.

Außerdem trägt die BMW Group mit zur Charakterisierung von Zellen und Stapel bei, indem Testpläne zur Charakterisierung und Absicherung der Zellen nach Automotive-Standards definiert werden. Weiter wird die Sicherheit von vollkeramischen Feststoffzellen beurteilt und eine Studie bezüglich Lithium-Metall als Anode durchgeführt. Abschließend unterstützt BMW bei der Erarbeitung der Fertigungskonzepte.

Bei erfolgreicher Umsetzung des Projekts ARTEMYS über skalierbarere, kostengünstige Fertigungsprozesse für Feststoffbatterien plant BMW die Ergebnisse bei der Entwicklung zukunftsweisender Batteriesysteme auf Basis von Festkörperelektrolyten direkt einzubringen und so zu verwerten.

Obwohl der Einsatz der neuen Technologie im Serienfahrzeug unmittelbar aktuell noch nicht abgesehen werden kann, besteht dennoch die Möglichkeit, die Skalierbarkeit und das Kostenniveau abzuschätzen und nachfolgend mit den Verbundpartnern die Tauglichkeit von Zellen und Stapeln in Forschungs- und Prototypenfahrzeugen zu evaluieren. Da die Feststoffbatterietechnologie signifikant höhere Energiedichten und damit eine größere Reichweite für Elektrofahrzeuge sowie eine verbesserte Sicherheit versprechen, bietet das Projekt ein großes Potenzial für die Elektromobilität im Allgemeinen und für deutsche Hersteller im Besonderen.

Durch das aus dem Projekt ARTEMYS gewonnene Know-how könnte für deutsche Hersteller ein deutlicher Technologievorsprung gegenüber Konkurrenten aus Asien und USA erreicht werden und die Wettbewerbsfähigkeit auf dem Gebiet der Elektro- und Hybridfahrzeuge gegenüber den weltweiten Wettbewerbern gestärkt werden. Die in ARTEMYS erforschte Technologie bietet nicht nur für die Automobilindustrie ein großes Potenzial sondern allgemein für den Wirtschaftsstandort Deutschland. Da sowohl ein Teil der Materialien als auch die Fertigung der Zellen bislang noch nicht etabliert ist und sich wahrscheinlich von der Fertigung von herkömmlichen Zellen unterscheiden wird, bietet das auch die Möglichkeit für KMU innerhalb Deutschlands, diesem Markt zu begegnen und eine Vorreiterrolle entlang der gesamten Wertschöpfungskette zu übernehmen.