Batteriezellproduktion vorangebracht Erfolgreicher Abschluss der Startphase des vom BMBF geförderten Kompetenzclusters ProZell

Die Grundlagen für den Aufbau einer leistungsstarken und kostengünstigen Batteriezellenproduktion in Deutschland haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 12 Universitäten und Forschungseinrichtungen im vom BMBF geförderten Kompetenzcluster für die Batteriezellproduktion ProZell drei Jahre erforscht. Zum Abschluss der ersten Förderphase wurden jetzt die Ergebnisse in Braunschweig vorgestellt.

In zwölf Projekten des vom BMBF geförderten ProZell-Kompetenzclusters arbeiten seit 2016 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von zwölf deutschen Universitäten und Forschungseinrichtungen gemeinsam an der Erforschung der Batteriezellproduktion. Gemeinsam wollen sie so die Grundlage für eine leistungsstarke und kostengünstige Batteriezelle „Made in Germany“ legen. Das Kompetenzcluster hat unter anderem das gesamtheitliche Verständnis des Produktionsprozesses deutlich vertieft, um Maßnahmen zur signifikanten Erhöhung der Energiedichte, Steigerung der Durchsatzgeschwindigkeiten und Minimierung der Qualitätsschwankungen von Batteriezellen zu entwickeln. Neben etablierten Prozesswegen sind auch neue, stark explorative Prozesswege erforscht worden.

„Wir wollen mit unserer Forschung im Kompetenzcluster intensiv zum BMBF-Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“ beitragen und eine erfolgreiche Massenproduktion von Batteriezellen in Deutschland etablieren“, so Professor Arno Kwade, Vorsitzender des Kompetenzclusters ProZell und zudem Vorstandssprecher des von ihm initiierten Forschungszentrums Battery LabFactory Braunschweig. „An der TU Braunschweig stehen insbesondere die Themen Circular Battery Production, Recycling, Verfahrenstechnik und nachhaltige Batteriezellproduktion 4.0 im Fokus der Forschung. Außerdem ist die Batterieforschung wichtiges Thema im Exzellenzcluster SE2A der TU Braunschweig“, betont er. Die TU Braunschweig ist insgesamt an 10 der 12 Projekte beteiligt und hat die Geschäftsführung inne.

Ziel des Forschungsclusters ProZell ist es, den Produktionsprozess von Batteriezellen und dessen Einfluss auf die Zelleigenschaften sowie die Produktentstehungskosten zu untersuchen, im Detail zu verstehen und modellbasiert, das heißt digital beschreiben zu können, sowie für neue Batteriegenerationen weiterzuentwickeln. Damit soll die Basis für den Aufbau und die nachhaltige Weiterentwicklung einer international führenden, wettbewerbsfähigen Batteriezellproduktion in Deutschland gelegt werden.

In den Projekten konnten unter anderem folgende herausragende Ergebnisse erzielt werden:

• Die Energiedichte konnte um bis zu 20 % durch Entwicklung „dicker“ Elektroden mit maßgeschneiderter Mikrostruktur zur Sicherstellung schneller Elektronen- und Ionentransporte gesteigert werden.
• Es wurden neue Prozesstechniken, wie Direktextrusion und Trockenbeschichtung, zur Elektrodenherstellung mit sehr geringem oder ganz ohne Lösungsmitteleinsatz entwickelt. Dadurch kann zukünftig eine deutliche Senkung von Energiekosten und deutliche Verbesserung des ökologischen Fußabdrucks erreicht werden.
• Die Qualitätsfortpflanzung und dessen Einfluss auf die Zellperformance entlang der Prozesskette zur Batteriezellproduktion konnte simuliert und vorhergesagt werden.
• Die Prozesse konnten mitunter um über 50 % beschleunigt werden und die Kosten in einzelnen Prozessschritten um über 20 % durch signifikante Verständniserhöhung und -erweiterung, unter anderem zur beschleunigten Nachtrocknung und schnellen Elektrolytbefüllung der Zellen, gesenkt werden.

Zu den 12 Partnern des Forschungsclusters ProZell gehören Universitäten und Forschungseinrichtungen: die TU Braunschweig, die RWTH Aachen, die TU Dresden, die Universität Ulm, die TU München, die Hochschule Landshut, das Karlsruher Institut für Technologie, die TU Dortmund, das Deutsche Zentrum für Luft und Raumfahrt, die Fraunhofer-Gesellschaft, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg und das Helmholtz Institut Ulm. Das ProZell-Cluster wurde vom Bundesministerium für Bildung und Wissenschaft (BMBF) in der ersten dreijährigen Phase mit über 16 Millionen Euro gefördert.

Das erfolgreiche Konzept von ProZell, das Vorbild für die Einrichtung weiterer Kompetenzcluster durch das BMBF ist, wird ab dem 1.10.2019 in einer zweiten Förderphase weitergeführt. Weitere Schwerpunkte werden hier neben den einzelnen Produktionsschritten der Batteriezellen die Kosten- und Umweltbewertung, die Entwicklung eines digitalen Zwillings der Batteriezelle und das Recycling von Batteriezellen bilden. Hierzu werden neue Partner und Standorte hinzugekommen und ein deutlich höheres Fördervolumen zur Verfügung stehen.