Zelle und Zelldesign

Das Zelldesign beeinflusst maßgeblich entscheidende Leistungsparameter der Batterie wie zum Beispiel Energie- und Leistungsdichte, Innenwiderstand sowie Alterungs- und Sicherheitsverhalten. Das Team dieses Kompetenzbereichs am MEET Batterieforschungszentrum optimiert Eigenschaften einzelner Materialien und Komponenten, damit das Gesamtsystem Zelle neue Standards setzt. So produzieren die Techniker*innen des MEETs jährlich bis zu 1.600 Zellen im hauseigenen mehrlagigen Pouch-Design (MEET 11966). Gleichzeitig stellen sie – wie auch unsere Studierenden und Doktorand*innen – weitere Zellen sowohl im zylindrischen als auch Knopfzelldesign für Untersuchungen im Labormaßstab her. All diese Zellen testen und zyklisieren sie an mehr als 2.000 Kanälen. Dafür stehen ihnen zwei unterschiedliche Fertigungslinien zur Verfügung. Zu den Schwerpunkten unseres Forschungsteams gehört es dabei, die einzelnen Prozess- und Entwicklungsschritte kontinuierlich auf den Prüfstand zu stellen und zu optimieren. In den Pilotfertigungsanlagen des MEETs entstehen so zum Beispiel innovative Ansätze für das Mischen, Beschichten, Schneiden und Assemblieren der Batteriezellen. Neben den etablierten Prozessen für Lithium-Ionen-Batterien befasst sich das Team des Bereichs Zelle und Zelldesign aktuell auch mit dem Aufbau einer durchgehenden Produktionslinie für die Herstellung von Lithium-Metall- bzw. Feststoffbatterien.

Vom Material bis zur fertigen Zelle

Nicht nur die einzelnen Prozessschritte, sondern auch die Zellkomponenten stehen im Fokus der Forschung. Den Ausgangspunkt bilden dabei die Aktiv- und Inaktivmaterialien als kleinster Maßstab der Batteriezelle. Schritt für Schritt nähern sich die MEET Forscher*innen Untersuchung der Zelle als Ganzes, indem sie im Vorfeld die einzelnen Komponenten wie die Elektrode, Elektrolyten, Binder und den Separator sowie deren Wechselwirkung aufeinander analysieren.

Die im Labormaßstab hergestellten Zellen werden anschließend für Anwendungen wie zum Beispiel in der Elektromobilität skaliert, damit Ergebnisse in die Praxis überführt werden können. Die extrem hohe Reproduzierbarkeit der Forschungsergebnisse unseres Teams spiegelt sich auch darin wider, dass es Standardrezepturen und Komponenten für unterschiedliche Hochenergie- und Hochleistungsanwendungen entwickelt.