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HiStructures – Hierarchische Strukturierung hochkapazitiver Elektroden

Fördergeber: BMBF

Ansprechpartner : Laura Gottschalk, Matthias Haarmann

Zusammenfassung des Gesamtprojektes:

Das Vorhaben „HiStructures“ im ProZell Cluster strebt eine deutliche Erhöhung der Energiedichte und die Behebung damit korrelierender Leistungseinbrüche an. Gleichzeitig sollen Material- und Herstellungskosten eingespart werden, um damit die Voraussetzungen für eine großskalige Batterieproduktion in Deutschland zu schaffen. Im Rahmen von HiStructures werden prozess- und verfahrenstechnische Strukturierungskonzepte sowie deren Kombination miteinander untersucht (z.B. laserperforierte Elektroden, Gradienten Elektroden, Aktivmaterialblends, mehrlagige Elektroden). Dabei liegt der Fokus insbesondere auf der Schleife zwischen Prozess und Simulation, sodass aus den Experimenten Eingangsdaten für die Simulation generiert werden, daraus Strukturierungsempfehlungen abgeleitet und diese wiederum experimentell umgesetzt werden. Darüber hinaus gewinnt die Betrachtung der Überführbarkeit in industrielle Prozesse und reale Produkte an Bedeutung, indem beispielsweise die Konzepte bis zur doppelseitigen Beschichtung im Pilotmaßstab erforscht werden und als Demonstrator gestapelte Vollzellen aus ultradicken Elektroden hergestellt werden.

Abb.: Strukturierungskonzepte innerhalb des Projektes HiStructures (Quelle: ZSW)

Ziele und Aufgaben des iPAT

  • Durch beidseitige, ultra-dicke Elektrodenbeschichtungen auf Kollektormaterialien sollen im Vergleich zum Stand der Technik (3- 4 mAh/cm²) sehr hohe Flächenkapazitäten (Ziel: 8- 10 mAh/cm² je Seite) realisiert werden
  • Produktionskonzepte werden erarbeitet, mit denen eine Fertigung ultradicker, doppelseitig beschichteter Hochenergieelektroden trotz der großen produktionstechnischen Herausforderungen kontinuierlich und kosteneffizient mittels Extruder und Mehrlagenschlitzdüse produziert werden können
  • Im Elektrodenkomposit soll mit Hilfe optimaler Passivmaterialverteilung und hierarchischer Strukturierung (z.B. Aktivmaterialblends, Gradientenelektroden, Mehrlagenbeschichtung) die zunehmende Transportlimitierung behoben und die Trocknung der Elektroden effizienter gestaltet werden
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    Feste Projektpartner

    TU Braunschweig – Institut für Partikeltechnik (iPAT), AG Batterie-Verfahrenstechnik, Institut für Füge- und Schweißtechnik (ifs) und Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES); Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) – Akkumulatoren Materialforschung; Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Thermische Verfahrenstechnik/ Bereich Thin Film Technology (TFT); Universität Ulm (UU) – Institut für Stochastik; Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) – Institut für Technische Thermodynamik, Abteilung Computergestützte Elektrochemie


    AG – Mitarbeiter

    Aktuelle Projekte

    BaSS – BatterieSicherheitsStandardisierung mehr

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

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

    FestBatt – Kompetenzcluster Festelektrolyte und Feststoffbatterien 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