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3D-SSB – 3D-Strukturierung von Solid-State Kathoden zur Erhöhung der Leistungs- und Energiedichte

Fördergeber: BMBF

Ansprechpartner : Laura HelmersSven O. Schopf, Christine Burmeister

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Ziel des Projekts „3D-SSB“ ist die Steigerung der Leistungs- und Energiedichte von Solid-State-Batterien (SSB) durch die gezielte Strukturierung von hochkapazitiven Kathoden. Darüber hinaus soll eine Prozesskette für die skalierbare Herstellung entsprechender 3D-strukturierter Elektroden erarbeitet werden.
Dazu wird ein Strukturbaukasten entwickelt, der Bausteine mit unterschiedlichen Zusammensetzungen und Eigenschaften beinhaltet. Auf Grundlage dieser Bausteine werden innovative additive und subtraktive Verfahren zur gezielten Herstellung von zwei- und dreidimensional strukturierten Solid-State-Kathoden evaluiert. Zur Identifizierung geeigneter hierarchischer und gradierter Strukturen, die zu einer Erhöhung der Leistungsdichte führen, werden Struktursimulationen durchgeführt. Mit Hilfe von verbesserten Inaktivkomponenten werden die 3D-strukturierten Solid-State-Kathoden zu hochkapazitiven SSB-Zellen weiterverarbeitet, die eine Steigerung der Leistungsdichte gegenüber Zellen mit unstrukturierten Kathoden aufweisen. Dabei liegt ein Hauptaugenmerk auf den Grenzflächen innerhalb der Kathode sowie zwischen den unterschiedlichen Zell-Komponenten. Parallel wird ein Bewertungskatalog entwickelt, mit dessen Hilfe die eingesetzten Einzelprozesse hinsichtlich ihrer Skalierbarkeit auf eine industrielle Produktion bewertet werden. Dies ermöglicht die Identifizierung einer geeigneten Prozesskette zur großtechnischen Herstellung von 3D-strukturierten SSB.


 
 
 
 
 
 
 
 
 

Abb. links: Schematische Darstellung einer Solid-State-Batteriezelle mit 3D-strukturierter Komposit-Kathode.
Abb. rechts: Übersicht über mögliche Bausteine für die Herstellung von 3D-strukturierten Komposit-Kathoden.
 
 

Ziele und Aufgaben des iPAT

  • Verfahrensentwicklung zur gezielten Einstellung physikalischer und elektrochemischer Eigenschaften von Bausteinen (Strukturbaukasten) für die Herstellung von festkörperelektrolytbasierten Komposit-Kathoden.
  • Entwicklung eines Pulverbetterzeugungsprozesses für die additive Fertigung von Komposit-Kathoden.
  • Modellierung und Simulation von strukturierten Elektroden mittels DEM und FEM zur Identifizierung von geeigneten hierarchischen und graduierten Strukturen.
  • Entwicklung einer hochenergetischen Solid-State-Batteriezelle mit erhöhter Leistungsdichte durch die Kombination der vorangegangenen Teilentwicklungen.
  • Tiefgehende physikalische und elektrochemische Analyse von 3D-strukturierten Komposit-Kathoden sowie von Solid-State-Batteriezellen.
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    Feste Projektpartner

    Continental CPT Zwei GmbH, VON ARDENNE GmbH, LPKF Laser and Electronics AG, SITEC Industrietechnologie GmbH, TU Braunschweig (Institut für Partikeltechnik, Institut für Füge- und Schweißtechnik, Institut für Konstruktionstechnik), MEET Batterieforschungszentrum, BASF SE, Schott AG, Evonik Industries AG, Gema GmbH


    AG – Mitarbeiter

    Aktuelle Projekte

    BaSS – BatterieSicherheitsStandardisierung mehr

    BenchBatt – Prozesstechnische Energie-Optimierung und Validierung von Lithium-Ionen- und Lithium-Schwefel-Batterieelektroden mehr

    DaLion – Datamining in der Produktion von Lithium-Ionen Batteriezellen mehr

    EVOLi²S – Evaluierung der technisch wirtschaftlichen Vorteile des Open-Cell-Moduls bei Lithium-Ionen und Lithium-Schwefel Batterien im Hinblick auf stationäre und mobile Anwendungen mehr

    FesKaBat – Feststoff-Kathoden für zukünftige Hochenergie-Batterien mehr

    HighEnergy – Fertigung und Simulation hochkapazitiver, strukturierter Elektroden´ mehr

    LoCoTroP – Low-cost Trockenbeschichtung von Batterieelektroden für energieeffiziente und umweltgerechte Produktionsprozesse mehr

    MultiDis – Multiskalenansatz zur Beschreibung des Rußaufschlusses im Dispergierprozess für eine prozess- und leistungsoptimierte Prozessführung mehr

    ProKal – Prozessmodellierung der Kalandrierung energiereicher Elektroden mehr

    Roll-It – Rolle-zu-Rolle-Intensivnachtrocknung mehr

    Silicon Graphite goes Industry mehr

    KonSuhl – Kontinuierliche Suspensionsherstellung mehr

    Hochschuloffensive eMobilität für die Fort- und Weiterbildung – Mobilität elektrisch erleben, erfahren, erlernen! (MOBIL4e) mehr

    Verfahrenstechnische Entwicklung von Elektroden und deren Herstellungsprozess für innovative Hochleistungsbatterien  mehr

    EFRE/BLB  mehr

    GEENI – Graduiertenkolleg Energiespeicher und Elektromobilität Niedersachsen mehr

    LithoRec II
    Leuchtturmprojekt im Forschungsfeld der Elektromobilität

    Akuzil – Entwicklung von Materialien und Komponenten für Zink-Luft Sekundärelemente unter Berücksichtigung von Systemrestriktionen und Systemoptionen mehr

    Insider – Auf Anionen-Interkalation basierende Dual Ionen Energiespeicher mehr

    iFaab – Untersuchung von Fertigungskonzepten zur automatisierten Herstellung von Batteriezellen mehr

    SafeBatt – Aktive und passive Maßnahmen für eigensichere Lithium-Ionen-Batterien mehr

    S-ProTrak – Forschung für effiziente Produktionstechnik mehr

    ZiLsicher – Zink-Luft-Akkumulator als sicherer elektrochemischer Speicher für emissionsarme und explosionsgeschützte Industriebereiche mehr

    Abgeschlossene Projekte

    ProLiEMo – Produktionsforschung für Hochleistungs-Lithium-Ionen-Batterien für ElektroMobilität  mehr

    LithoRec – Recycling von Lithium-Ionen-Batterien mehr

    LiVe – Lithium-Verbundstrukturen mehr