Die Batterie-Hochstapler

Bipolarelektrode LTO/LFP (1), keramischer Separator im Direktauftrag auf einer wässrig prozessierten LFP-Kathode (2; Bild: M. Wolter et al., Fh.-IKTS)

In Elektroautos stecken je nach Modell Hunderte bis Tausende separate Batterie­zellen. Jede einzelne ist von einem Gehäuse umhüllt, über Anschlüsse und Leitungen mit dem Auto verbunden und von Sensoren überwacht. Gehäuse und Kontak­tierung nehmen mehr als 50 Prozent des Raums ein. Die Zellen können so nicht beliebig dicht anein­ander gepackt werden. Die aufwändige Bauweise raubt Platz. Ein weiteres Problem: An den Anschlüssen der klein­teilig aufgebauten Zellen entstehen elektrische Wider­stände, die die Leistung reduzieren.

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS in Dresden und seine Partner haben unter dem Markennamen EMBATT das Bipolar-Prinzip, das von der Brenn­stoff­zelle bekannt ist, auf die Lithium-Batterie übertragen. Einzelne Batterie­zellen sind bei diesem Ansatz nicht klein­teilig getrennt neben­einander aufgereiht, sondern großflächig direkt über­einander gestapelt. Der gesamte Aufbau für Gehäuse und Kontaktierung fällt somit weg. So passen mehr Batterien in das Auto. Durch die direkte Verbindung der Zellen im Stapel fließt der Strom über die gesamte Fläche der Batterie. Der elektrische Widerstand wird dadurch erheblich reduziert. Die Elektroden der Batterie sind so konstruiert, dass sie Energie sehr schnell abgeben und wieder aufnehmen können. „Durch unser neues Packaging-Konzept hoffen wir mittel­fristig die Reichweite von Elektro­autos auf bis zu tausend Kilometer zu steigern“, sagt Mareike Wolter, Projekt­leiterin am Fraunhofer IKTS. Im Labor funktioniert der Ansatz bereits. Partner sind Thyssen-Krupp System Engineering und IAV Automotive Engineering.

Bipolarelektrode LTO/LFP (1), keramischer Separator im Direktauftrag auf einer wässrig prozessierten LFP-Kathode (2; Bild: M. Wolter et al., Fh.-IKTS)

Wichtigster Bestandteil der Batterie ist die Bipolar-Elektrode – eine metal­lische Folie, die mit keramischen Speicher­materi­alien beid­seitig beschichtet wird. Eine Seite wird dadurch zur Anode, die andere zur Kathode. Als Herz der Batterie speichert sie die Energie. „Wir nutzen unser Know-how bei kerami­schen Techno­logien, um die Elek­troden so zu designen, dass sie möglichst wenig Platz benötigen, viel Energie speichern, einfach herzu­stellen sind und lange halten“, sagt Wolter. Keramische Werk­stoffe liegen als Pulver vor. Die Wissen­schaftler mischen es mit Poly­meren und elek­trisch leit­fähigen Materi­alien zu einer Suspension. „Diese Rezeptur muss speziell entwickelt werden – jeweils angepasst für Vorder- und Rück­seite der Folie“, erklärt Wolter. Die Suspension bringt das Fraunhofer IKTS im Rolle-zu-Rolle-Verfahren auf die Folie auf. „Eine Kern­kompetenz unseres Instituts ist es, kera­mische Werk­stoffe vom Labor in den Technikums-Maßstab zu bringen und sie zuver­lässig zu reproduzieren“, beschreibt Wolter das Know-how der Dresdner Wissen­schaftler. Im nächsten Schritt ist geplant, größere Batterie­zellen zu entwickeln und in Elektro­autos einzubauen. Erste Tests im Fahr­zeug streben die Partner bis 2020 an. (Quelle: FhG)

Link: Entwicklung von Hoch-Energie-Elektroden für Lithium-Ionen-Bipolar-Batterien, Gruppe Mobile Energiespeicher (M. Wolter), Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS. Dresden

Speak Your Mind

*