Feststoffbatterien – also jene, bei denen der Elektrolyt aus einem festen Material besteht – gelten als Heilsbringer in Sachen Reichweite, Ladegeschwindigkeit und Sicherheit. So gut wie alle Batterie- und E-Autohersteller beschäftigen sich mit dem Thema, unter anderem auch Mercedes, BMW und VW. In China baut ein Start-up bereits eine große Produktionsanlage, in Europa ist der französische Hersteller Blue Solutions bisher der einzige, der Feststoffbatterien im industriellen Maßstab baut. Diese werden in Mercedes-Bussen eingesetzt. Lexus, Opel und Porsche haben angekündigt, ab etwa 2024 E-Fahrzeuge mit Feststoffbatterien anbieten zu wollen.
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) hat nun einen wichtigen Meilenstein zu vermelden: Aus einem Forschungsprojekt (MEFBatt – Ausrüstung einer Mehrlagen-Elektrodenfertigung zur Prozessierung von Festkörper-Batterien im Pilotmaßstab) geht nun eine vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Pilotanlage hervor, die den Fertigungsprozess von Elektroden für Festkörperbatterien erforschen und optimieren soll. Das ist der erste Schritt zur Massenfertigung.
Bei Feststoffbatterien wird statt eines flüssigen Elektrolyten, in dem ein Polymerseparator getränkt ist, ein ionenleitender Festoffelektrolyt eingesetzt. Flüssige Elektrolyten sind wesentlich daran beteiligt, wenn in einer Zelle durch einen Kurzschluss der sogenannte „Thermal Runaway“ in Gang gesetzt wird, der kaum mehr zu stoppen ist und auf andere Zellen übergreifen kann. Die Herausforderung besteht darin, diese Festelektrolytschicht möglichst dünn zu machen, um die Ionenleitfähigkeit zu erhalten. Werner Bauer vom Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) am KIT, der das Projekt koordiniert, erläutert, dass in der neuen Pilotanlage „eine typische Rolle-zu-Rolle-Beschichtungsanlage mit innovativer Technologie aufgerüstet wird„. Diese Innovation besteht in einem Mehrlagenbeschichtungsprozess, in dem die Kathodenschicht als Trägerschicht genutzt wird, die den empfindlichen Festelektrolyt-Separator mechanisch stabilisiert. Der Feststoffelektrolyt wird also direkt auf die Kathodenschicht aufgebracht.
Gebaut wird die Anlage im Batterietechnikum des KIT in Karlsruhe. Am Projekt beteiligt sind neben dem KIT auch die Arbeitsgruppe Thin Film Technology (TFT), das wbk Institut für Produktionstechnik sowie das Battery and Electrochemistry Laboratory (BELLA) am Institut für Nanotechnologie (INT), das gemeinsam vom KIT und Industriepartner BASF betrieben wird. Die Bundesförderung beträgt über 600.000 Euro.
Quelle: kit.edu – Feststoffbatterien: Anlage für die industrielle Fertigung
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