Laborbesuch: Festkörperbatterie-Produktionsstraße der BLB Sicherer, langlebiger, kompakter – Forschung für die nächste Batteriegeneration
In der Produktionsstraße der Battery LabFactory (BLB) werden Produktionsprozesse für Festkörperbatterien entwickelt. Die Herstellung von Festkörperbatterien unterscheidet sich in den verwendeten Materialien und im Aufbau im Vergleich zur Produktion von herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Aber was sind Festkörperbatterien und was versprechen sich die Braunschweiger Forscherinnen und Forscher davon?
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Reine Festkörperbatterien zeichnen sich durch den Verzicht auf einen flüssigen Elektrolyten aus. Die Lithiumionen bewegen sich also zwischen Anode (Pluspol) und Kathode (Minuspol) in einem Festkörperseparator. Die geläufigsten Festkörperseparatoren kommen aus den Materialklassen der Oxide, Sulfide und Polymere. Vom Einsatz dieser Festkörperelektrolyte verspricht man sich mehr Sicherheit, höhere Ströme und eine größere Energiedichte.
Eine Suspension (Slurry) wird auf eine Metallfolie aufgetragen. Bildnachweis: Connor McBriarty
Im Laborbesuch-Video ist die Rede von „Slurry“. Dabei handelt es sich um ein Stoffgemisch von fein verteilten Festkörperpartikeln in einer Flüssigkeit, die auch als Suspension bezeichnet wird. In der Batterieherstellung enthält es Aktivmaterial, Binder und Leitzusätze sowie den Festkörperelektrolyt. Metallfolien werden mit der Slurry beschichtet und nach der Trocknung zugeschnitten. Sie bilden die Elektroden der Batterien.
Am Ende der BLB-Produktionsstraße kommen sogenannte Pouches oder Pouchzellen heraus. „Bei uns werden sie im nächsten Schritt analysiert. Dies geschieht, indem wir sie in einer Temperaturkammer an ein Batterietestsystem anschließen und mit verschiedenen Strömen laden und entladen. Wir messen hierbei die Kapazität und wie sich diese im Verlauf der Zyklisierung ändert. Zudem stehen uns auch noch kompliziertere Verfahren wie die Impedanzspektroskopie oder Cyclovoltammetrie zur Verfügung“, sagt Dr. Peter Michalowski vom Institut für Partikeltechnik.
Dr. Peter Michalowski vom Institut für Partikeltechnik. Bildnachweis: Connor McBriarty
Nach Abschluss der Messungen werden die Pouchzellen geöffnet, um die Komponenten mit mikroskopischen Verfahren zu untersuchen. „Auf diese Weise lassen sich die Vorgänge besser verstehen und mögliche Verbesserungen ableiten“, so Dr. Michalowski.
Im Produktionsprozess müssen viele verschiedene Kompetenzen miteinander kombiniert werden: Die Wertschöpfungskette beginnt bei der Materialsynthese und -vorbehandlung und reicht über die Zellfertigung und Systemintegration bis hin zu Sicherheitstests und Recycling. Diese Interdisziplinarität spiegelt sich auch in der Struktur der BLB mit ihren unterschiedlichen Mitgliedern wider.