14.06.2019 • Energie

Grundlagenforschung für Batteriesysteme

Infrastrukturprojekt NextGenBat verknüpft sechs Forschungsinstitute.

Mit dem neuen Infrastruktur­projekt NextGenBat bereiten sechs Institute den Weg für die Erforschung und Entwicklung zukünftiger Batterie­generationen. Beteiligt sind die RWTH Aachen, das Forschungs­zentrum Jülich und das Fraunhofer-Institut für Laser­technik ILT. Das Vorhaben soll insbe­sondere den Energie-Standort Nordrhein-Westfalen stärken. So wird schon jetzt erwartet, dass die Feststoff­batterie die Elektromobilität in den nächsten zehn Jahren erheblich mitbestimmt. Ein Schlüssel für die Industria­lisierung entsprechender Techno­logien ist die dazu benötigte Produktionstechnik. „Das Projekt NextGenBat ermöglicht es uns, jetzt schon in Techno­logien der Zukunft zu investieren und den Weg hin zu einer indus­triellen Herstellung von Batteriezellen der nächsten Generation zu erforschen“, sagt Heiner Heimes, Oberingenieur am Institut für Production Engineering of E-Mobility Components PEM an der RWTH Aachen. „Als Produktions­techniker helfen wir dabei, Material­innovationen in wettbewerbs­fähige Produkte zu überführen.“

Abb.: Bei der Fertigung neuer Batterie­zellen kommt auch das...
Abb.: Bei der Fertigung neuer Batterie­zellen kommt auch das Laserstrahl­schweißen zum Einsatz. (Bild: Fh.-ILT)

In dem Projekt NextGenBat erarbeiten die sechs beteiligten Institute aus Aachen, Jülich und Münster innerhalb von zwei Jahren mit einem Etat von etwa zehn Millionen Euro gemeinsam eine vorwett­bewerbliche Forschungs­infrastruktur, in der im Technikums­maßstab einzelne Prozess­schritte als Modulbausteine entstehen. Mit diesen, dezentral entwickelten Lösungen, wird durch die Projekt­teilnehmer der Weg für die gesamte Wertschöpfungs­kette der nächsten Batterie­generation bereitet – inklusive aller Schnitt­stellen von der Material­synthese der aktiven Materialien bis hin zum Recycling der Zellen. Die Institute sind auf unterschiedlichen Gebieten der Batterie­forschung spezialisiert. Beispiels­weise geht es um die Frage, wie sich das Batterie­recycling optimieren lässt, wenn neuartige Materialien zum Einsatz kommen. 

Die Institute wollen mit dem Projekt die bereits vorhandene Infra­struktur so ergänzen und ausbauen, dass insbe­sondere die Unternehmen in Nordrhein-Westfalen für die Entwicklung von Batterie­materialien und -systemen der nächsten Generation eine optimale Infra­struktur vorfinden. Die Zusammenarbeit der Partner mit den Unternehmen soll dabei im Rahmen weiterer öffentlich geförderter Projekte stattfinden. Die Institute entwickeln dazu unter­schiedliche NextGenBat-Bausteine. Energie­speicher der nächsten Generation – speziell Festkörper­batterien – entstehen am Forschungs­zentrum Jülich: Drei Institute sollen kostengünstige, skalierbare Synthese- und Herstellungs­verfahren sowie fortschrittliche Analyse­methoden entwickeln. Dazu werden hochener­getische Batterie­vollzellen auf Basis oxidischer und phosphatbasierter Ionenleiter im Demonstrator­maßstab angefertigt. Zudem untersuchen die Wissenschaftler die Herstell- und Prozessier­barkeit von sulfid­basierten Festkörper­batterie-Systemen im Labormaßstab.

Das PEM der RWTH Aachen konzentriert sich auf die Produktions­technik. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Skalier­barkeit einzelner Produktions­schritte für die Serien­fertigung. Dank des Baustein-Konzepts eignen sich NextGenBat-Module auch für Unternehmen, die keine komplette, flexible Produktions­linie, sondern nur einzelne Aspekte – wie etwa die Elektroden­fertigung – realisieren wollen. Und das Kernziel des Investitions­projektes am Institut für Metallur­gische Prozesstechnik und Metall­recycling IME der RWTH Aachen besteht in der Bildung eines modernen, batterie­system­unabhängigen Analytikzentrums für metallische und nicht-metallische Fraktionen aus dem Batterie­recycling. So ist die Ermittlung der chemischen Zusammensetzung bis in den ppm-Bereich möglich. Zum Einsatz kommen dabei ein Massen­spektrometer mit gekoppelter Anlage zum Hochdruck-Mikrowellen­druckaufschluss und ein wellenlängen­dispersives RFA-Gerät zur Messung im Schmelzaufschluss.

Um laserbasierte Produktions­prozesse für die Batterien der nächsten Generation kümmert sich im Projekt Alexander Olowinsky, Gruppenleiter Mikrofügen am Fraunhofer ILT. „NextGenBat bietet uns die Möglichkeit, die Potenziale der Laser­technik als Schlüssel­technologie für zukünftige Zell- und Modulkonzepte bereits in einer frühen Phase zu erforschen und in innovativer Anlagen­technik zu erproben. Damit geben wir wichtige Impulse für die Batterie­entwicklung“, sagt der Wissenschaftler. Die ersten Geräte und Anlagen sind bereits in Beschaffung und stehen später an den verschiedenen Instituten, zum Teil in neu geschaffenen Labors, für Weiter­entwicklungen in der Batterie­technik in Forschungs­projekten zur Verfügung.

Fh.-ILT / JOL

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

Steinbachstraße 15
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