Grundlagenforschung für Batteriesysteme
Infrastrukturprojekt NextGenBat verknüpft sechs Forschungsinstitute.
Mit dem neuen Infrastrukturprojekt NextGenBat bereiten sechs Institute den Weg für die Erforschung und Entwicklung zukünftiger Batteriegenerationen. Beteiligt sind die RWTH Aachen, das Forschungszentrum Jülich und das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT. Das Vorhaben soll insbesondere den Energie-Standort Nordrhein-Westfalen stärken. So wird schon jetzt erwartet, dass die Feststoffbatterie die Elektromobilität in den nächsten zehn Jahren erheblich mitbestimmt. Ein Schlüssel für die Industrialisierung entsprechender Technologien ist die dazu benötigte Produktionstechnik. „Das Projekt NextGenBat ermöglicht es uns, jetzt schon in Technologien der Zukunft zu investieren und den Weg hin zu einer industriellen Herstellung von Batteriezellen der nächsten Generation zu erforschen“, sagt Heiner Heimes, Oberingenieur am Institut für Production Engineering of E-Mobility Components PEM an der RWTH Aachen. „Als Produktionstechniker helfen wir dabei, Materialinnovationen in wettbewerbsfähige Produkte zu überführen.“
In dem Projekt NextGenBat erarbeiten die sechs beteiligten Institute aus Aachen, Jülich und Münster innerhalb von zwei Jahren mit einem Etat von etwa zehn Millionen Euro gemeinsam eine vorwettbewerbliche Forschungsinfrastruktur, in der im Technikumsmaßstab einzelne Prozessschritte als Modulbausteine entstehen. Mit diesen, dezentral entwickelten Lösungen, wird durch die Projektteilnehmer der Weg für die gesamte Wertschöpfungskette der nächsten Batteriegeneration bereitet – inklusive aller Schnittstellen von der Materialsynthese der aktiven Materialien bis hin zum Recycling der Zellen. Die Institute sind auf unterschiedlichen Gebieten der Batterieforschung spezialisiert. Beispielsweise geht es um die Frage, wie sich das Batterierecycling optimieren lässt, wenn neuartige Materialien zum Einsatz kommen.
Die Institute wollen mit dem Projekt die bereits vorhandene Infrastruktur so ergänzen und ausbauen, dass insbesondere die Unternehmen in Nordrhein-Westfalen für die Entwicklung von Batteriematerialien und -systemen der nächsten Generation eine optimale Infrastruktur vorfinden. Die Zusammenarbeit der Partner mit den Unternehmen soll dabei im Rahmen weiterer öffentlich geförderter Projekte stattfinden. Die Institute entwickeln dazu unterschiedliche NextGenBat-Bausteine. Energiespeicher der nächsten Generation – speziell Festkörperbatterien – entstehen am Forschungszentrum Jülich: Drei Institute sollen kostengünstige, skalierbare Synthese- und Herstellungsverfahren sowie fortschrittliche Analysemethoden entwickeln. Dazu werden hochenergetische Batterievollzellen auf Basis oxidischer und phosphatbasierter Ionenleiter im Demonstratormaßstab angefertigt. Zudem untersuchen die Wissenschaftler die Herstell- und Prozessierbarkeit von sulfidbasierten Festkörperbatterie-Systemen im Labormaßstab.
Das PEM der RWTH Aachen konzentriert sich auf die Produktionstechnik. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Skalierbarkeit einzelner Produktionsschritte für die Serienfertigung. Dank des Baustein-Konzepts eignen sich NextGenBat-Module auch für Unternehmen, die keine komplette, flexible Produktionslinie, sondern nur einzelne Aspekte – wie etwa die Elektrodenfertigung – realisieren wollen. Und das Kernziel des Investitionsprojektes am Institut für Metallurgische Prozesstechnik und Metallrecycling IME der RWTH Aachen besteht in der Bildung eines modernen, batteriesystemunabhängigen Analytikzentrums für metallische und nicht-metallische Fraktionen aus dem Batterierecycling. So ist die Ermittlung der chemischen Zusammensetzung bis in den ppm-Bereich möglich. Zum Einsatz kommen dabei ein Massenspektrometer mit gekoppelter Anlage zum Hochdruck-Mikrowellendruckaufschluss und ein wellenlängendispersives RFA-Gerät zur Messung im Schmelzaufschluss.
Um laserbasierte Produktionsprozesse für die Batterien der nächsten Generation kümmert sich im Projekt Alexander Olowinsky, Gruppenleiter Mikrofügen am Fraunhofer ILT. „NextGenBat bietet uns die Möglichkeit, die Potenziale der Lasertechnik als Schlüsseltechnologie für zukünftige Zell- und Modulkonzepte bereits in einer frühen Phase zu erforschen und in innovativer Anlagentechnik zu erproben. Damit geben wir wichtige Impulse für die Batterieentwicklung“, sagt der Wissenschaftler. Die ersten Geräte und Anlagen sind bereits in Beschaffung und stehen später an den verschiedenen Instituten, zum Teil in neu geschaffenen Labors, für Weiterentwicklungen in der Batterietechnik in Forschungsprojekten zur Verfügung.
Fh.-ILT / JOL
