Laserlicht statt Ofen-Trocknung und Vakuum-Technologie

Im wahrsten Sinne um Watt geht es dem Dresdner Fraunhofer-Institut für Kera­mische Techno­logien und Systeme IKTS und dem Aachener Fraunhofer-Institut für Laser­technik ILT: Im Mittel­punkt des gemeinsamen Projekts „DRYLAS – Energie­effiziente, laser­basierte Trock­nung von Elek­troden­beschich­tungen für Lithium-Ionen Akku­mula­toren“ steht die energie­effi­ziente Trocknung von Elek­troden-Schichten, sogenannten Slurries, die während der Batterie­produktion nass-chemisch auf die stromleitenden Metallfolien aufge­bracht werden. Bisher kommen Durch­lauf­öfen zum Einsatz, die die in den Slurries enthaltenen Lösemittel während der Trocknung entfernen. Dominik Hawelka, Wissen­schaftler am Fraunhofer-ILT, bringt die Motivation für das Forschungs­projekt auf den Punkt: „Der Energie­eintrag in die Schichten gestaltet sich in diesen Öfen im Vergleich zu der Energie­einbringung mittels Laser­strahlung nicht besonders energie­effizient. Daher setzen wir hier auf das Werkzeug Licht.“

Die beiden Institute haben als Alternative einen Inline-Prozess entwickelt, der sich bereits bei ersten Tests mit ihrem Faserlaser-Trocknungs­modul in einer Rolle-zu-Rolle-Anlage des Fraun­hofer-IKTS in Dresden bewährt hat. „Wir können die Laser­strahlung direkt in die Slurries einbringen und sie so wesentlich effizienter trocknen“, berichtet der Physiker. „Unser Trocknungs­prozess kommt etwa mit der Hälfte der sonst beim Durchlaufofen notwendigen Energie aus.“ Die beiden Institute wiesen außerdem nach, dass sich mit den faser­laser-getrock­neten Elektroden Batterie­zellen aufbauen lassen, die genauso einwand­frei funktio­nieren wie konven­tionell im Durch­lauf­ofen behandelte Komponenten.

Das Fraunhofer-ILT nutzt seine Kompetenz in Sachen Lasertechnik aber auch hautnah zur Realisierung photonischer Prozess- und Anlagentechnik im BMBF-Förderprojekt ProSoLitBat, das die Schmid Energy Systems GmbH aus Dunningen koordiniert. Im Mittelpunkt steht die indus­trielle, kontinuier­liche Produktion von Lithium-Festkörper­batterien in Dünnschicht­technik. Das Ziel des bis 2017 laufenden Projekts ist eine Rolle-zu-Rolle-Prozesskette als Alternative zu dem bisher einge­setzten Vakuum­verfahren. Das diskonti­nuierlich arbeitende Vakuum­verfahren ist äußerst aufwändig und kostenintensiv. „Im Gegensatz dazu lassen sich durch eine kontinu­ierliche Fertigung signifikant höhere Stückzahlen zu geringeren Kosten produzieren, wodurch die Lithium-Fest­stoff­batterien deutlich breitere Anwendungs­möglichkeiten finden werden“, erläutert Christian Hördemann, Wissenschaftler am Fraunhofer-ILT. „Wir haben eine erste unter Schutzgas-Atmosphäre arbeitende Versuchsanlage aufgebaut, mit der wir jetzt Batterien mit integriertem Ultrakurz­pulslaser konfektio­nieren können.“ Die Firma Schmid Energy Systems soll den in Aachen entstan­denen Prozess zur Serien­reife bringen.

Details zu beiden Projekten erfahren Sie in Stuttgart auf dem Stand der Fraunhofer-Allianz Batterien, Halle C2-B 41, im Ausstellungs­bereich Battery+Storage auf der World of Energy Solutions, der interna­tionalen Messe und Konferenz für das Zusammen­wachsen von Energieerzeugung, Speicher­systemen und Mobilitäts­lösungen vom 12. bis zum 14. Oktober 2015.

Fh.-ILT / OD