idw – Informationsdienst Wissenschaft

Nachrichten, Termine, Experten

Grafik: idw-Logo
Grafik: idw-Logo

idw - Informationsdienst
Wissenschaft

Science Video Project
idw-Abo

idw-News App:

AppStore

Google Play Store



Instance:
Share on: 
05/24/2022 13:49

Trockenbeschichtung: Energieeffizienter, umweltfreundlicher Herstellungsprozess für Elektroden in Lithium-Polymer Akkus

Claus Wacker Pressestelle
Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie

    Lithium-Ionen-Batterien sind mittlerweile aus unserem Alltag nicht mehr wegzudenken, sie versorgen unsere Handys mit Strom, sie sind als Energiequelle in Elektrofahrzeugen verbaut und übernehmen als große stationären Batteriesysteme die Speicherung für viele industrielle Anwendungen. Die konventionelle lösemittelbasierte Elektrodenfertigung liefert sehr gute Ergebnisse, ist aber gekennzeichnet durch einen hohen Ressourcen- und Energieverbrauch. Wie die Produktion kostengünstiger und umweltschonender ablaufen kann, daran arbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Fraunhofer ISIT und setzen dabei auf eine lösungsmittelfreie Fertigung der Elektroden.

    Denn kostengünstige und zugleich umweltfreundliche Produktionsmethoden sind ein Muss für die zukünftige Batteriezellfertigung, um die zahlreichen Anwendungsfelder zu bedienen.

    In der Regel werden Elektrodenfolien in größerer Menge in einem Rolle-zu-Rolle-Prozess gefertigt. In Beschichtungsanlagen wird das auf großen Rollen befindliche Trägermaterial über eine Anzahl von Walzen kontinuierlich abgewickelt und mit dem Elektrodenmaterial beschichtet. Dabei wird eine Suspension aus Lösungsmittel, Aktivmaterial und einem Binder, der für die Haftung des Materials sorgt, auf eine Metallfolie aufgetragen. Anschließend durchläuft die beschichtete Elektrodenfolie einen Trocknungsofen und wird schließlich auf eine andere Rolle wieder aufgewickelt. Diese Anlagen sind sehr groß; sie können in Abhängigkeit von der Dauer des Trocknungsprozesses bis zu hundert Metern lang sein.

    Dieses Produktionsverfahren hat verschiedene Nachteile: das Herstellen der Suspension dauert sehr lange, das Lösemittel ist umweltschädlich und aufgrund der langen Trocknungszeit in dem Ofen ist der Prozess selbst sehr energieaufwändig.

    Deswegen setzen die ISIT-Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf ein lösungsmittelfreies Trockenbeschichtungsverfahren. Sie erzeugten ein Pulvergemisch aus Aktivmaterial, Leitzusätzen und einem geeigneten Binder. Um einen möglichst gleichmäßigen Auftrag und genau definierte Schichtdicken zu erzeugen, wird dieses Pulvergemisch über ein spezielles Streuverfahren auf das Trägermaterial gebracht.

    Die Pulverauftragsmenge lässt sich durch die Streuparameter sowie über die Durchlaufgeschwindigkeit der Trägerfolie in der Maschine genau einstellen. Im Prinzip standen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vor der gleichen Herausforderung wie ein Konditor, der möglichst gleichmäßig, ohne Klümpchen Puderzucker auf seinem Kuchen verteilen möchte. Anschließend wird in einem kurzen Temperaturprozess das Material auf dem Träger fixiert.

    Das neue, vom ISIT patentierte, lösungsmittelfreie Trockenbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Li-Ionen-Batterieelektroden ist vielversprechend. Bei vergleichbaren elektrochemischen Eigenschaften zu Elektroden aus etablierter Herstellung, ermöglicht dieses neue Verfahren zukünftig nicht nur deutlich kompaktere Produktionsanlangen, sondern auch Primärenergieeinsparungen von bis zu 50 %, da die langen und energieintensiven Trocknungsstrecken bei der Fertigung wegfallen. Sowohl die zeitlichen Einsparungen beim Herstellen der Pulvermischung als auch der durch den Wegfall der Trocknung deutlich reduzierte Energiebedarf bei der Beschichtung bieten optimale Voraussetzungen zur Reduktion von Ressourcen- und Kostenaufwand.

    „Die Trockenbeschichtungstechnologie hat das Potential, die Kosten und Emissionen der Elektrodenherstellung gegenüber den heute üblichen Verfahren deutlich zu senken. Der am ISIT entwickelte Prozess leistet damit einen direkten Beitrag zur Entwicklung wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Speichertechnologien für mobile und stationäre Anwendungen“, resümiert der Leiter des Projektes am Fraunhofer ISIT, Jannes Ophey.

    Das Fraunhofer ISIT präsentiert die neue Trockenbeschichtungstechnologie auf Hannover Messe Energy 2022 am Schleswig-Holstein Gemeinschaftsstand, Halle 13, Stand D 50.


    Contact for scientific information:

    Jannes Ophey
    Batteriesysteme FAB-SH
    Gruppenleiter Fertigungstechnologie
    jannes.ophey@isit.fraunhofer.de


    More information:

    https://www.isit.fraunhofer.de/de/newsroom/aktuelles/fraunhofer-isit-entwickelt-...


    Images

    Fertigung von Elektrodenfolien auf Rollen im industriellen Maßstab
    Fertigung von Elektrodenfolien auf Rollen im industriellen Maßstab
    Bodo Schmidt
    © Fraunhofer ISIT / photocompany Itzehoe

    Neues lösungsmittelfreies Trockenbeschichtungsverfahren ermöglicht energieeffiziente und umweltfreundliche Herstellung von Elektrodenfolien.
    Neues lösungsmittelfreies Trockenbeschichtungsverfahren ermöglicht energieeffiziente und umweltfreun ...
    Bodo Schmidt
    Fraunofer ISIT / photocompany Itzehoe


    Criteria of this press release:
    Business and commerce, Journalists, Scientists and scholars
    Chemistry, Electrical engineering, Energy, Environment / ecology
    transregional, national
    Research results, Transfer of Science or Research
    German


     

    Help

    Search / advanced search of the idw archives
    Combination of search terms

    You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.

    Brackets

    You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).

    Phrases

    Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.

    Selection criteria

    You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).

    If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).