Das Tückische an der Herstellung von Batteriezellen ist die Elektrode - als dünne Paste wird das Elektrodenmaterial auf eine Folie aus Kupfer und Aluminium aufgetragen. Dazwischen sind jedoch kurze Abschnitte, die unbeschichtet bleiben sollen. Hierfür ist Präzision gefragt, eine schwingende Membran hat das drauf, reduziert Ausschuss und erhöht die Produktionsgeschwindigkeit.
Bislang hat ein mechanisches Ventil das Auftragen des Elektrodenmaterials übernommen. „Präzision bei der Elektrodenbeschichtung ist ein ganz wesentlicher Faktor für die Effizienz und die Kosten der gesamten Batteriezellenproduktion“, sagt Wilhelm Schabel, Professor am Institut für Thermische Verfahrenstechnik – Thin Film Technology (TVT-TFT) und ergänzt: „Selbst kleine Produktionsfehler machen Batteriezellen unbrauchbar.“ Aufgrund des hohen Ausschusses und des geringen Durchsatzes seien Lithium-Ionen-Batterien heute teurer, als es eigentlich notwendig wäre.
Dreimal so viel Output
Ein Doktorand am Institut hat mit der Entwicklung einer schwingenden Membran nun womöglich den Schlüssel zu einem verbesserten Beschichtungsprozess. Sie stoppt und startet beim Auftragen zyklisch. „Da diese Membran im Vergleich zu mechanischen Ventilen viel leichter ist, sind sehr schnelle Reaktionszeiten und somit hohe Geschwindigkeiten möglich“, erklärt Ralf Diehm, Doktorand. Somit wird nicht nur die Fertigungsqualität gesteigert, sondern die bisherige Geschwindigkeiten des Auftragungsprozesses von 30 bis 40 Meter pro Minute wird auf 150 Meter pro Minute gehoben.
Dieses Tempo führt allerdings auch zu Problemen, denn eine schneller Beschichtung erfordert kürze Trockungszeiten, ansonsten müsste die gesamte Anlage erweitert werden. Doch auch hier gibt es gute Neuigkeiten aus Karlsruhe: Dem KIT ist es gelungen die Trocknungszeit um 40 Prozent zu beschleunigen, ohne dass das Ergebnis darunter leidet. Insgesamt könnten durch die Verbesserungen bei Beschichtung und Trocknung auf einer typischen Fertigungslinie dreimal so viele Batteriezellen hergestellt werden. (ls)
