Batterieforschung: Startschuss für günstige Produktionsverfahren

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Die Produktion von Batterien ist noch zu teuer. Daher forscht das KIT – Karlsruher Institut für Technologie, um eine neuartige Lithium-Ionen-Zellen-Fertigung mit kostengünstigen Prozesstechnologien aufzubauen. Ende letzten Jahres hallte mit der Förderzusage des Bundesministeriums für Wirtschaft (BMWi) der Startschuss durch die Produktionshalle auf dem Gelände des Campus Nord für den Aufbau einer Modellanlage, die noch 2013 ihren Betrieb aufnehmen soll.

Effiziente und wirtschaftliche Speichertechnologien bilden den zentralen Baustein bei Elektromobilität und Energiewende. Damit steigt der Bedarf an leistungsfähigen, alltagstauglichen und bezahlbaren Batteriesystemen. Am KIT wird nun mit Förderung des BMWi eine „Forschungsfabrik“ für die Kleinserien-Produktion von Lithium-Ionen-Zellen eingerichtet. Hier werden neue Produktionstechnologien entwickelt, die den enormen Ansprüchen an Leistungsdichte, Bedienbarkeit und Wirtschaftlichkeit genügen.
„Die neue Forschungsinfrastruktur wird dazu dienen, neue kostenoptimierte Produktionsverfahren zu entwickeln und zu erproben“, erklärt Dr. Andreas Gutsch, Koordinator des Projekts Competence E am Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Sowohl für stationäre Speicher als auch für schnellladefähige Fahrzeugbatterien müssen kostengünstige und leistungsfähige Lithium-Ionen-Zellen zum Einsatz kommen. In der Forschungsfabrik werden daher einzelne Fertigungsschritte für deren Herstellung vollständig neu entwickelt. „Wir wollen den Pfad bisher bekannter Fertigungstechnologien verlassen und völlig neue Produktions- und Integrationsverfahren für Lithium-Ionen-Zellen entwickeln“, so Gutsch. Damit einher gingen neue Trocknungs-, Beschichtungs- und Kalandriertechniken für Elektrodenmaterialien sowie neue Assemblierungsverfahren für die Zellen.
Das Ineinandergreifen vieler Produktionsschritte – im Bild die Beschichtung mit Elektrodenmaterial – bestimmt Eigenschaften und Kosten der fertigen Batterie.Die Fertigungslinien mit neuer Maschinen- und Anlagentechnik zur Validierung der unterschiedlichen Konzeptstudien werden gemeinsam mit deutschen Zulieferern entwickelt und aufgebaut So kooperiert das KIT beispielsweise mit der Siemens AG, um ein übergreifendes Konzept für eine durchgängige Fertigungssteuerung  und -überwachung des gesamten Maschinenparks einer Batteriefabrik zu entwickeln.
Die am KIT entwickelten Technologien werden anhand von Testläufen und Kampagnen in größeren Stückzahlen bis zur Produktionsreife getestet. So können wirtschaftlich vielversprechende Produktionsverfahren identifiziert werden. Damit sind technische Durchbrüche in der Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen zu erwarten, die zu erheblichen Kostenvorteilen führen werden. Die nahezu 1.500 Quadratmeter große Produktionshalle wird auf dem Gelände des Campus Nord des KIT eingerichtet. Für die Beschaffung der ersten Anlagentechnik hat das BMWi im November 2012 die Förderzusage erteilt. Die ersten Maschinen zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien werden bereits Ende Februar 2013 in Betrieb genommen. Im Blick auf die Einsatzfelder der Batterien stehen elektrische Nutzfahrzeuge sowie stationäre Speicher für den Privathaushalt und die Industrie im Fokus. Für diese Einsatzfelder werden parallel zum Aufbau der Forschungsfabrik bereits erste Demonstratoren aufgebaut, die ebenfalls ab Frühjahr 2013 in Betrieb gehen werden.
Bild: KIT

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