Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWSKonzepte zum Aufbau von Elektrodenarchitekturen für Hochenergie- und Hochleistungsbatterien der nächsten Generation
Abstract
Das Projekt NextGen-3DBat ist fokussiert auf eine 3D-Laserstrukturierung der Zellkomponenten zur Entwicklung von Hochenergie- und Hochleistungsbatteriesystemen. Durch das Einbringen von Mikrostrukturen wird das Benetzen des Zellstapels, bestehend aus Elektroden und Separatoren mit flüssigem Elektrolyt und damit die Zellleistung signifikant verbessert. Zudem bietet eine gezielte 3D-Strukturierung die Möglichkeit dickere Elektroden zu verwenden, da auch innenliegende Bereiche zur Batteriekapazität beitragen können. Neben der Erhöhung der Energiedichte werden auch Kosteneinsparungen bei der Anzahl der Stapelprozesse realisiert. Das im Labormaßstab erarbeitete 3D-Batteriekonzept soll anschließend auf großformatige Zellen übertragen werden. Das erfordert die Übertragung von Laserprozessen auf industrielles Fertigungsniveau. Eine Weiterentwicklung von Ultrakurzpuls-Laserstrahlquellen mit hoher Leistung sowie spezialisierter Strahlführung sind hierfür erforderlich. Ziel ist die Herstellung von Demonstratorzellen mit einer Kapazität von 20 Ah in einem Hochgeschwindigkeitsprozess im sogenannten Rolle-zu-Rolle Verfahren. Es sollen erstmals Kenndaten der neuen Hochenergie- und Hochleistungs-Batterietypen sowie Prozessdaten zu deren wirtschaftlichen Herstellung ermittelt werden.
