Advanced Battery Technology Center (ABTC)

Mit Werkstoff- und Prozessinnovationen werden in der Abteilung Chemische Oberflächen- und Batterietechnik Lösungsansätze für nachhaltige und hochleistungsfähige Batteriezellen entwickelt. So kommt beispielsweise die Elektrodenproduktion durch das neue DRYtraec^®-Verfahren ohne herkömmliche Lösungsmittel und energieintensive Trocknungsschritte aus.

Für die Fertigung von Lithium-Metall-Batterien bieten die Forschenden effiziente Prozesslösungen von der Herstellung dünner Lithium-Schichten bis hin zur automatisierten Assemblierung der Zellen. Die materialwissenschaftliche Erforschung von Struktur-Eigenschafts-Beziehungen ist die Grundlage für eine ganzheitliche Entwicklung von Lithium-Ionen-, Lithium-Schwefel- und Festkörperbatteriezellen.

Das Leistungsangebot umfasst:

• Elektrochemische Charakterisierung von Batteriematerialien und Korrelation mit strukturellen Eigenschaften
• Prozessinnovationen für die Elektroden- und Batteriezellfertigung
• Aufbau und Bewertung von Batteriezellen

In industriellen Prozessen treten häufig gefährliche Gase und Partikel in die Umgebung aus. Unter anderem beim Laserschweißen, -abtragen oder -schneiden können diese im Kleinstformat entstehen. Die Arbeitsgruppe Gas- und Partikelfiltration verfügt über messtechnische Lösungen, um partikelhaltige Atmosphären objektiv zu bewerten. Forschungsschwerpunkte sind neben der Analyse von Prozessabgasen u. a. auch die Untersuchung atmosphärischer Aerosole, das Bewertung der Luftqualität von Innenräumen sowie Filtereffizienztests.

Das Fraunhofer IWS beteiligt sich zudem an der Entwicklung ökologisch und ökonomisch effizienter Prozesse für das Batterierecycling. Im Projekt ReCycle detektieren die Forschenden des Fraunhofer IWS schädliche Gas- und Partikelemissionen während des mechanischen Aufschlusses. Der Fokus liegt dabei auf verschiedenen Lithium-Ionen-Batterien und Supercaps. Gemeinsam mit Industriepartnern wird so ein Filter-Prototyp entwickelt und im Prozess unter realen Bedingungen erprobt.

Das Leistungsangebot umfasst:

• Detektion von Emissionen beim Batterierecycling
• Entwickeln und Testen von Filterlösungen für Recyclingprozesse
• Resynthese von recyceltem Kohlenstoffmaterial
• Fertigen von Batteriezellen unter Verwendung von Sekundärmaterialien

In der Transformation von fossil betriebenen zu batterie-elektrisch betriebenen Fahrzeugantrieben sind großserientaugliche Produktionsprozesse erforderlich. Laserschweißprozesse weisen eine hohe Marktdurchdringung im Automobilbau auf und sind damit auch für neue Antriebskonzepte attraktiv. Die Arbeitsgruppe Laserschweißen verfügt über die geeignete Systemtechnik und das prozesstechnische Know-how, um qualitätsgerechte Fügeverbindungen zu entwickeln, zu testen und in das industrielle Umfeld zu überführen. Das Leistungsangebot umfasst sowohl die Entwicklung von Kontaktierungen für Batteriezellen bis hin zur vollständigen Batterie als auch Lösungen für großformatige Batteriekästen.

Das Fraunhofer IWS entwickelt technologieübergreifend kostengünstige, effiziente und werkstoffangepasste Schweißprozesse, Forschungsschwerpunkte sind:

• Entwicklung von werkstoff- und belastungsangepasste Fügestellendesigns
• Durchführung von Machbarkeitsstudie für laserbasierte Schweißprozesse
• Charakterisierung und Evaluierung von Verbindungseigenschaften
• Herstellung von Prototypen und Kleinserien

Die Forscher entwickeln im Rahmen des EU-Förderprojekts ALBATROSS innovative laserbasierte Fügetechnologien und Designkonzepte für Leichtbau-Zellverbindungen und den Aluminium-Batterieträger. Gemeinsam mit den Projektpartnern verfolgen sie das Ziel, Leichtbaulösungen, die auf modularen Multimaterialsystemen für Batteriemodule und -böden basieren, mit Hilfe schneller und kostengünstiger Verfahren zu entwickeln, wobei Demontage, Recycling und Wiederverwendung als Teil eines Ökodesign-Konzepts vorgesehen sind.

Die Arbeitsgruppe Laserschneiden ist mit moderner Anlagentechnik ausgestattet, die zur Realisierung industrierelevanter Laserschneidtechnologien in der Batteriefertigung notwendig ist. Angepasst an die jeweilige Schneidaufgabe wird hierbei auf geeignete Laserquellen (10,6 µm oder 1,06 µm; Dauerstrich- oder Pulslaser) und Verfahren wie das Sublimationsschneiden, Remote-Schneiden oder Schmelzschneiden zurückgegriffen.

Typische Schneidaufgaben sind Separatoren für Anoden und Kathoden, Konnektoren sowie Batteriegehäuse und diverse Abdeckungen. Damit sind die Forschenden in der Lage, neue industrietaugliche Prozesse für die Batterietechnik zu entwickeln und zum Hochrate-Produktionsverfahren auf zu skalieren.

Neben Entwicklungsaufträgen für die Abteilung Chemische Oberflächen- und Batterietechnik werden diese Forschungsdienstleistungen vor allem von Maschinenbauern nachgefragt, um applikationsangepasste Lösungen für die Batteriefertigung zu entwickeln. Start- und Endpunkt der Forschungsdienstleistungen können frei gewählt werden und reichen von der Ideenfindung über labortechnische Nachweise und Optimierungen bis hin zur Begleitung des Starts der Serienproduktion.