OptiKeraLyt
PEM forscht zu industriellen Produktionsverfahren für Festkörperbatterien
Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen befasst sich im Projekt „OptiKeraLyt“ mit industriellen Verfahren zur Produktion von Batteriezellen mit keramischen Festkörperelektrolyten. Mit zahlreichen Partnern aus der Forschung und der Industrie will das PEM-Team erreichen, die gravimetrische Energiedichte sowie die Sicherheit im Vergleich zu konventionellen Lithium-Ionen-Batterien deutlich zu erhöhen. Sogenannte Solid-State-Batteriezellen sind von einer Kommerzialisierung jedoch noch deutlich entfernt, was vor allem in fehlenden Prozessen und darauf abgestimmten Materialien begründet ist.
Technologie für Festkörperbatterie: Prüfung der Konkurrenzfähigkeit
Zur Überwindung von Material-Inkompatibilitäten während des unabdingbaren Hochtemperatur-Sinter-Schrittes sollen die „OptiKeraLyt“-Akteure neue Fertigungsverfahren entwickeln. Dabei stehen zwei laserbasierte Methoden und ein Handling-Verfahren im Fokus. Zur mechanischen Stapelung, elektrischen Kontaktierung und anschließenden Verpackung der Batterie müssen mehrere Schichtverbünde, die aus einer Mischkathode und keramischem Elektrolyten sowie der Anode bestehen, in einer Inert-Atmosphäre geeignet gehandhabt werden. Im Gegensatz zu üblicherweise in Laboren vorzufindenden Knopfzellen entstehen dadurch erst für industrielle Anwendungen relevante Batteriezellen. Der Hauptfokus liegt neben der Entwicklung geeigneter Materialien indes auf skalierbaren Fertigungsprozessen. Sie sollen mit Blick auf ihre Produktionsparameter optimiert werden, um die Festkörperbatterie-Technologie auf ihre technische und wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit zur konventionellen Lithium-Ionen-Batterie hin zu untersuchen.
Entwicklung neuer Batterien statt direkter Konkurrenz zum asiatischen Markt
Hintergrund des Projekts ist, dass die Batterie mit ihren Parametern Reichweite, Lebensdauer und Sicherheit maßgeblich für die Kosten von Elektrofahrzeugen verantwortlich ist. Die Expertise für die Massenproduktion konventioneller Lithium-Ionen-Batteriesysteme befindet sich sehr überwiegend bei den zahlreichen Produzenten aus dem asiatischen Raum. Daher gilt es für Europa und Deutschland heute als wirtschaftlich aussichtsreicher, frühzeitig Know-how im Bereich künftiger Batterie-Generationen aufzubauen und dies in eine Produktion vor Ort einfließen zu lassen. Aus technischer Sicht ist die Lithium-Ionen-Leitfähigkeit von oxidischen Festkörperelektrolyten geringer als diejenige herkömmlicher Flüssigelektrolyte. Dies macht eine Ausführung als dünne Schicht erforderlich, weshalb derzeit geeignete keramische Festkörperelektrolyte entwickelt und hergestellt werden. Um auch bei industriell produzierten Zellen den Innenwiderstand der Batterie zu reduzieren, werden die Festkörperelektrolyte speziell mit Blick auf die Prozessierung mittels Dünnschichttechnologien optimiert.
Das Projekt
- „OptiKeraLyt“: Material- und Produktionsprozessoptimierung für Lithium-Ionen-Batterien mit keramischen Festkörperelektrolyten
Forschungsziele
- Überwindung von Material-Inkompatibilitäten des Hochtemperatur-Sinter-Schritts durch neue laserbasierte und Handling-Verfahren
- Erarbeitung skalierbarer Fertigungsprozesse
- Untersuchung der Festkörperbatterie-Technologie auf ihre technische und wirtschaftliche Konkurrenzfähigkeit zur konventionellen Lithium-Ionen-Batterie
Forschungs- und Projektpartner
PEM der RWTH Aachen
Institut für Energie- und Klimaforschung: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1) (Forschungszentrum Jülich)
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik (ILT)
Helmholtz-Institut Ulm (HIU) für Elektrochemische Energiespeicherung
Universität Duisburg-Essen (UDE)
TANIOBIS GmbH
LIMO GmbH (Focuslight Technologies Inc.)
AIXTRON SE
Jonas & Redmann Group GmbH
Laufzeit
- 01.01.2019 bis 30.06.2022
Projektträger
Förderkennzeichen
- 03ETE016H
Zuwendungsgeber