Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPTForschungsprojekt »ECO-iL-DRY«
Lithium‑Ionen‑Akkus als Schlüssetechnologie der Energiewende
Ohne Lithium-Ionen-Akkus wäre Elektromobilität und damit ein wichtiges Anwendungsfeld erneuerbarer Energien in der heutigen Form undenkbar. Damit solche Akkus kostengünstiger als bisher in großen Stückzahlen hergestellt werden können, müssen die erforderlichen Produktionsprozesse schneller, effizienter und kostengünstiger werden. Im Forschungsprojekt »ECO‑iL‑DRY« entwickeln Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deshalb einen Laser‑Hybrid‑Trockner, mit dem sich Batteriefolien schneller, energiesparender und in besserer Qualität trocknen lassen als mit herkömmlichen Verfahren.
Beschichten und Trocknen von Batteriezellen
Für die Herstellung der Anoden und Kathoden von Batteriezellen werden die Elektroden als flüssige Mischung aus aktivem Material und Lösungsmittel – das sogenannte »Slurry« – auf Kupfer-oder Aluminiumfolie aufgetragen. Danach müssen die enthaltenen Lösungsmittel vollständig entfernt werden, damit eine stabile und poröse Elektrode entsteht, die füreine elektrochemische Reaktion notwendig ist. Dieser Trocknungsschritt ist entscheidend für die Qualität der späteren Batterie – und genau hier setzt das Projekt »ECO‑iL‑DRY« an.
Warum neue Trocknungstechnologien nötig sind
Die Trocknung der Elektroden gehört zu den energieintensivsten und technisch anspruchsvollsten Schritten der Batteriezellproduktion. Konventionelle Verfahren arbeiten mit Heißgas oder Infrarotstrahlung. Das führt jedoch oft zu hohem Energieverbrauch und bei ungleichmäßiger Trocknung zu Ausschuss. Das Lasermodul, das die Forschenden im Projekt entwickeln, ermöglicht eine gleichmäßigere, schnellere und energieeffizientere Trocknung.
Trocknen der Batteriefolien mit dem Laser
Das Projekt hat das Ziel, beim Trocknungsprozess von Batteriefolien die Kosten zu senken, die Qualität zu verbessern und so die Batterieproduktion nachhaltiger Energieeffizienter zur mache.
Die Partner im Projekt »ECOiLDRY« arbeiten dafür an drei Schwerpunkten:
- Ein neues Lasermodul soll weniger Energie verbrauchen und den Platzbedarf der Trocknungsanlagen reduzieren.
- Ein intelligent gesteuerter Hybrid-Trocknungsprozess wird mithilfe von Thermografie und Schichtdickenmessung die Qualität der Elektroden verbessern.
- Ein optimierter Prototypzeigt schließlich, wie der Laser und Heißlufttrocknung kombiniert und die entstehende Laserabwärme dazu genutzt werden kann, um die Trocknerluft vorzuwärmen. Das System soll skalierbar sein und besonders energieeffizient arbeiten.
Zusätzlich zum Lasersystem entwickelt das Projektteam eine digitale Prozesskette, um den Trocknungsprozess von Batteriefolien transparenter zu machen, zu steuern und zu optimieren. Dafür werden Sensoren, Modelle, Datenanalyse und automatische Regelung miteinander verknüpft. So entsteht ein vollständig datengestütztes und automatisiertes Trocknungssystem, das sich leicht an unterschiedliche Produktionsgrößen anpassen lässt und den Übergang in die Serienproduktion erleichtert.
Die Aufgabe des Fraunhofer IPT im Projekt liegt in der Entwicklung der Systemtechnik für den Hybridtrockner sowie im Aufbau des Trockners. Dazu zählen das Lasermodul, die Integration von Sensoren, die Steuerung des Prozesses und der Testbetrieb.
Konsortium:
- Bernd Münstermann GmbH & Co. KG
- Dilas Diodenlaser GmbH (Coherent-Dilas),
- Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT, Aachen
- Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, Münster
- MESSTEC Power Converter GmbH, Penzberg
Förderhinweis
Das Forschungsprojekt »ECO-iL-DRY« wird vom Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) im Rahmen der Förderinitiative »Forschung und Entwicklung an Batterietechnologien für technologisch souveräne, wettbewerbsfähige und nachhaltige Batteriewertschöpfungsketten (B@TS)« gefördert.
Förderkennzeichen: 03XPB026A
Projektträger: Projektträger Jülich PTJ