Silicon Graphite goes Industry

Bei der Neu- und Weiterentwicklung von Materialien für sekundäre elektrochemische Energiespeicher steht der Anspruch, Auswirkungen der Variation einzelner Prozessparameter zu messen, dem Problem gegenüber, dass Versuchsergebnisse bisher nicht vollständig reproduzierbar sind. Die von EL-CELL entwickelte PAT-Zelle adressiert als kommerzielle Testzelle mit Gegen- und Referenzelektrode bereits das Problem der Reproduzierbarkeit. Die PAT-Zelle ermöglicht 3-Elektroden-Tests basierend auf dem PAT-Core, einer werksseitig montierten Polypropylen-Hülse mit ringförmiger Referenzelektrode zur einmaligen Verwendung. Dennoch werden durch den manuellen Testzellenbau Messergebnisse durch den subjektiven Einfluss des Experimentierenden erzeugt.

Zudem erfolgt der Aufbau der PAT-Zelle in der Handschuh-Box unter definierten atmosphärischen Bedingungen. Um größere Testreihen statistisch signifikanten Umfangs zu erreichen, wird ein höherer Messdurchsatz nötig. Der Zeit- und Arbeitsaufwand stellt bei einer manuellen Assemblierung von hohen Stückzahlen an Proben jedoch eine Herausforderung dar. Eine automatisierte Zellassemblierung in der Handschuhbox könnte die Reproduzierbarkeit sowie den Probendurchsatz erhöhen. Bisher sind noch keine automatisierten Laborsysteme für die Assemblierung von kommerziellen Testzellen mit Gegen- und Referenzelektroden umgesetzt. Mit einer Anlage zum automatischen Testen von Batteriematerialien würden künftig große Testreihen möglich, die ausreichend Ergebnisse für statistisch-signifikante Auswertungen liefern.

Inhalt des Teilprojekts ist der Einsatz des PAT-Systems in einer noch zu entwickelnden Automatisierungsanlage zur Herstellung von Testzellen im Laborformat. Im Ergebnis werden Roboter die Testzellen in der Handschuhbox befüllen und assemblieren. Auch die anschließenden elektrochemischen Messungen werden vollautomatisiert betrieben und ausgewertet. Damit können zukünftig Batteriematerialien automatisiert getestet werden, was statistisch-signifikante Auswertungen der Variation von Materialien für Arbeits- und Gegenelektrode sowie des verwendeten Elektrolyten ermöglichen wird.

Voraussetzung hierfür ist eine zuverlässige Erfassung und Verarbeitung der Daten über den gesamten Prozess, wofür zunächst ein geeignetes Konzept für die Datenhaltung entwickelt werden wird. Anschließend wird eine Anlage konzeptioniert, aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Die bereits existierenden PAT-Zellen werden in den realen Bedingungen mit High-through-put getestet und erprobt werden.

Nach dem erfolgreichen Abschluss werden die Projektergebnisse als eigenständige Produkte bei EL-CELL vermarktet werden. Das vollautomatisierte Assemblierungssystem wird interessierten Unternehmen und Forschungseinrichtungen als Gesamtsystem angeboten werden. Die Anwender des Systems können damit in Zukunft ihren Messdurchsatz sowie die Reproduzierbarkeit von Messungen erheblich erhöhen. Damit kann die gesamte Entwicklungszeit verkürzt und innovative Batteriematerialien können schneller entwickelt und zur Marktreife gebracht werden. Die verbesserten bzw. innovativen Materialien für elektrochemische Sekundärspeicher finden Verwendung in Energiespeichern der Zukunft.