Glatt Pulversynthese im Verbund-Projekt zur großformatigen Bipolarbatterie “EMBATT2.0”

Material- und Prozessentwicklung für die effiziente Fertigung der großformatigen Bipolarbatterie EMBATT

Für eine breite Marktdurchdringung von Elektrofahrzeugen ist es nötig, die Produktkosten von Batteriesystemen auf weniger als 200 Euro/kWh zu verringern. Durch Energiedichten von mehr als 450 Wh/l sollen alltagstaugliche Reichweiten sowie eine hohe Sicherheit gewährleistet werden.

Das “EMBATT2.0”-Konsortium setzt auf einen Ansatz, der im Gegensatz zu etablierten Lithium-Ionen-Batteriesystemen großflächige Bipolarbatteriestapel als zentrales Speicherelement nutzt. Bipolare Elektrodenaufbauten, wie etwa in der Brennstoffzellentechnik bereits bekannt, stapeln Einzelzellen als Stack und schalten diese in Reihe. Ein solcher Aufbau umgeht aufwändiges Zellpackaging und liefert Stackspannungen, die sich über die Anzahl der gestapelten Einzelzellen ergeben. Dadurch wird die Verbindungstechnik stark vereinfacht, da die Elektrodenträgerfolien selbst als großflächige Zellverbinder fungieren und der geringe Innenwiderstand die Möglichkeit gibt, sehr große Elektrodenflächen zu realisieren. Das EMBATT-Konzept überführt damit die hohe Energiedichte auf Zellebene direkt ins Batteriesystem und eliminiert den Modulaufbau als Zwischenebene.

Arbeitsschwerpunkte waren die Entwicklung von kostengünstig herstellbarem Kathodenmaterial LiNi0,5Mn1,5O4 (LNMO) mit einer definierten Primärpartikelgröße und ausgebildeten Kristalloberflächen. Des Weiteren wurden im Rahmen des Projektes eine anisotrop elektrisch leitfähige Polymerfolie als Ableiter mit elektrischer Leitfähigkeit in Richtung der Flächennormalen entwickelt sowie ein polymerer Elektrolyt auf Basis von polymeren ionischen Flüssigkeiten, welcher eine definierte ionische Leitfähigkeit aufweist.

Als Spezialist für Partikeldesign war Glatt mit der Aufgabe betraut, effiziente und wirtschaftliche Prozesslösungen für die Synthese neuartiger LNMO-Systeme als hochperformante Aktivmaterialien zu entwickeln. Mithilfe der Glatt Pulversynthese wurden Rohstoffe hergestellt, die sowohl Anforderungen für den späteren Betrieb (Korngröße, Phasenbildung, Kapazität) als auch, für eine technologische Umsetzung (Skalierbarkeit, Herstellkosten) hervorragend erfüllen konnten.

Die Struktur des LMNO-Pulvers kann durch die Syntheseparameter leicht verändert werden. Die Stöchiometrie erlaubt die leichte Anpassung der Pulvereigenschaften. Copyright: IKTS

Das Forschungsvorhaben “EMBATT2.0” wurde sowohl von wissenschaftlich-universitären Partnern als auch von Industriepartnern bearbeitet. Die Koordination erfolgte durch die Glatt Ingenieurtechnik GmbH.

Partner:

  • IAV GmbH,
  • Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
  • Leibniz-Institut für Polymerforschung Dresden e.V.
  • Isocoll Chemie GmbH, Butylkautschukwerk
  • KMS Technology Center GmbH
  • Litarion GmbH
  • thyssenkrupp System Engineering GmbH
  • ULT AG

Projektträger: Jülich PTJ

Das Verbundprojekt “EMBATT2.0” war ein vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördertes Forschungs- und Entwicklungsvorhaben, das im Rahmen des Förderprogramms “Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA3)” verfolgt wird.

Laufzeit 2016 – 2019

Glatt-Förderkennzeichen: 03XP0068A

Hier geht es zur Website von “EMBATT2.0”.