Technologie

Nanofasern für günstige Batterien

23.08.2019 - Neuartiges Spinning-Konzept für die Produktion von Lithium-Ionen-Zellen.

Noch sind Batterien für Elektro­mobile relativ teuer. Um die Stromspeicher in Zukunft günstiger fertigen zu können, entwickelt die Hochschule Landshut gemeinsam mit drei Partner­unternehmen im neu gestarteten Projekt SpinnAP – Spinning Tech­nologies for Advanced Battery Production neue Materialien und Tech­nologien. Dazu zählt das Verfahren des High-Speed-Elektro­spinnings, das die Herstellung von Lithium-Ionen-Akkus um neue Möglichkeiten erweitert. Daneben forscht die Hochschule Landshut aber auch an Festkörper­batterien, die als Nachfolge­generation der etablierten Akkus gelten und eine höhere Sicherheit sowie schnellere Ladezeiten und eine nochmalige Steigerung der Energiedichte versprechen. Das Forschungs­projekt läuft noch bis 2022. Neben der Hochschule Landshut sind die Unternehmen 3M, AKE-tech­nologies und Brückner Maschinenbau beteiligt.

Um die Batterie­produktion für Unternehmen produktiver zu gestalten, entwickeln die Forscher ein neuartiges Spinning-Konzept, das schneller als die bisherigen Verfahren ist und in vorhandene Produktions­straßen eingebaut werden kann. „Beim Elektro­spinning werden Materialien in feinste Fasern mit Durchmessern von wenigen Mikro- oder Nanometern versponnen“, erklärt der Projekt­leiter Karl-Heinz Pettinger von der Hochschule Landshut. Dazu geben die Forscher eine Polymerlösung mittels Düsen in ein elektrisches Feld. Die Lösung wird von der Gegen­elektrode angezogen und beschleunigt. Während dieses Prozesses verdunstet das Lösungsmittel und es bilden sich Nanofasern, die sich auf dem zu beschichtenden Substrat als eine Art Vlies ablagern. Diese Nanofasern optimieren die Leistung in Energie­speichern und führen zur Verbesserung von wieder­aufladbaren Lithiumzellen. Der Prozess Elektro­spinning eignet sich auch für den Einsatz in der Medizin­technik oder der Herstellung von Filtern.

Zur schnelleren Produktion von Batterien trägt zudem die Methode der Lamination bei, an der im Projekt ebenfalls geforscht wird. Das Laminieren von bislang nicht laminierbaren Elektroden dient der Produktions­steigerung beim Bau besonders langlebiger Lithium-Ionen-Zellen. „Wenn Batterie­hersteller schneller produzieren, reduzieren sich auch die Kosten“, erläutert Pettinger, „das könnte letztendlich den Preis für E-Mobilität senken.“ Neben der schnelleren Herstellung von Batterien steht bei den Forschern auch die Entwicklung von neuen Materialien und Technologien im Fokus ihrer Arbeit. So entwickelt und testet das Projektteam Batterien mit festem statt bisher flüssigem Elektrolyt. „Diese Festkörper­batterien gelten als aussichtsreiche Nachfolger der etablierten Lithium-Ionen-Tech­nologie“, so Pettinger, „sie sind sicherer, zuver­lässiger und langlebiger als ihre Vorgänger.“ Gleichzeitig sollen sie aufgrund ihrer nochmals höheren Energiedichte und Speicher­kapazität die Lade­vorgänge verkürzen. „Wenn wir hier einen Schritt weiterkommen, könnte das die Reichweite von Elektroautos erhöhen“, erklärt Pettinger, „das würde die Elektro­mobilität für viele Auto­fahrerinnen und -fahrer ebenfalls attraktiver machen.“ 

Das neue Forschungs­projekt SpinnAP ist eines von mehreren Projekten am Technologie­zentrum Energie, das sich um Batterie­forschung dreht. „Wir forschen in alle Richtungen“, erklärt Pettinger. So entwickeln die Forschenden im Projekt Coatemo II beispielsweise Lithium-Ionen-Akkus mit Anoden aus Silizium-Graphenen, um die Energiedichte zu erhöhen und dadurch die Ladevorgänge zu verkürzen. Beim Projekt InTenZ dagegen ist der Ansatz, die Batterie­herstellung produktiver und kostengünstiger zu machen, indem die Forschenden die Nachtrocknung von Elektroden­rollen – ein wichtiger Prozess­schritt bei der Produktion –mittels eines neues Verfahrens schneller und schonender gestalten. 

HS Landshut / JOL

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