Batteriezellenfertigung

Der Umfeldbericht zum europäischen Innovationssystem Batterie 2022 ist nun erschienen. An ihm wirkten Wissenschaftler*innen der Fraunhofer-Institute IPT und ISI, der Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen und der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB mit. Im Fokus des Berichts stehen die aktuellen Entwicklungen und Herausforderungen des europäischen Batteriemarktes, die in vier Kapiteln gegliedert in die verschiedenen Industriefelder der Batteriezellproduktion beleuchtet werden – von der Rohstoffgewinnung, Materialherstellung und Recycling, über den Maschinen- und Anlagenbau und Messtechnik hin zur Zellherstellung. Außerdem werden die Möglichkeiten der Fraunhofer FFB als Transfereinheit zur schnelleren industriellen Einsatzfähigkeit von Prozesstechnologien nachvollzogen.

Ziel der Forschungsfertigung Batteriezelle am Standort Münster ist es, neuartige Produktionsprozesse für die Batteriezellenfertigung zu entwickeln und so die nachhaltige Nutzung von Ressourcen voranzutreiben.

Partikuläre Verunreinigungen auf der Elektrodenoberfläche von Lithium-Ionen-Batteriezellen lassen sich mittels aktiver Thermografie erkennen. Fertigungsbedingte Kontaminationen müssen zielgerichtet, effizient und beschädigungsfrei von den Batterieseparatoren entfernt werden.

Innerhalb des Projektes wurde eine Hochleistungsspeicherzelle durch digitalisierte Fertigungsstationen für die Anwendung in kabellosen Elektrowerkzeugen entwickelt.  

Im Rahmen des Projektes „Perseus“ wird der Aufbau einer skalierbaren Prozesstechnologie zur Herstellung von binderfreien Elektroden für den Einsatz in Energiespeicheranwendungen basierend auf funktionalisierten Carbon Nanohorns (CNHs) untersucht.

Im Rahmen des Projektes »FoFeBat« erfolgt der Aufbau einer Forschungsfertigung für Batteriezellen. Dabei werden alle Produktionsschritte vom Mischen der Elektrodenmaterialien bis zur Formierung der Zellen abgedeckt

Ebenso wie die Flotten der Automobilhersteller müssen auch Flugzeuge zukünftig weniger CO2-Ausstoß bei gleicher Leistung bieten. Im Projekt LiMeS werden Komponenten für leichte Hochleistungsbatterien auf Li-Schwefel-Basis entwickelt.

Dieselgeneratoren übernehmen in Entwicklungs- und Schwellenländern oft die lokale Stromversorgung – und pusten Millionen Tonnen Treibhausgase in die Atmosphäre. Um diese Emissionen künftig einzusparen, entwickelt ein Forschungsteam vom Fraunhofer IPA gemeinsam mit der CBC GmbH & Co. KG und der Universität Bayreuth derzeit einen Stromgenerator, der mit Wasserstoff betrieben wird.

Das Projekt hat sich zum Ziel gesetzt die Produktion von Batteriezellen durchgängig zu digitalisieren. Damit sollen nicht nur fehlerhafte Batteriezellen frühzeitig im Prozess erkannt, sondern auch deren Fehlerquellen eindeutig identifizierbar und zukünftig vermeidbar werden. Diese Erkenntnisse sollen ­zukünftig die Grundlage bilden um ein prozessübergreifendes und autonomes Gegensteuern ohne Eingriff des Menschen zu ermöglichen. Basis hierfür bilden die umfangreiche Erschließung und echtzeitnahe Verarbeitung heterogener Datenquellen auf Prozessebene in KI-basierten Modeln.

In einer vom Umweltministerium Baden Württemberg geförderten Untersuchung wurden in Zusammenarbeit mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt Kreislaufstrategien für Traktionsbatterien identifiziert und bewertet. Neben der ökologischen Bilanzierung zweier Recyclingprozesse wurden künftig anfallende Mengen an EoL-Batterien innerhalb der Systemgrenze Baden-Württemberg prognostiziert. Weiterhin wurde die Entwicklung relevanter Parameter der Li-Ionen Technologie abgeschätzt um mögliche Auswirkungen auf Kreislaufstrategien abzuleiten.

Deutschland investiert stark in Batteriezellfertigung, was zu einem Bedarf an Fachkräften und Arbeitsplätzen führt. QualiBattBW will mit modularen Qualifizierungsbausteinen eine exzellente Basis an Fachkräften für die Automobilindustrie aufbauen und ein Beratungskonzept sowie eine Veranstaltungsreihe entwickeln.

Hochskalierbare und produktivitätsstarke Herstellprozesse für LIB, um bei dauerhaft erhöhter Nachfrage durch Automobilhersteller das sogenannte "numbering-up", d.h. das lineare Erhöhen der Anzahl von Anlagen, zu verhindern

Festkörperbatterien bieten eine vielversprechende Möglichkeit die Sicherheit und Performance aktueller Batterietechnologien zu verbessern. Da die für Festkörperbatterien benötigten Materialien kaum verfügbar sind, werden in FestBatt die Grundlagen zur Materialherstellung und Verarbeitung geschaffen.

Ziel ist es, durch das Projektzentrum ZESS eine Forschungs- und Transferplattform zu etablieren, die mobile und stationäre Energiespeicher in die Marktreife führt.

Ein neues Batteriegehäuse für Elektrofahrzeuge vereint u.a. mechanische und thermische Funktionen in innovativen Materialkombinationen.