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Schnelle Elektrodenbeschichtung für Batteriezellen

Ein intermittierendes Beschichtungsverfahren ermöglicht eine deutlich höhere Geschwindigkeit bei der Batterieproduktion. (Foto: Institut für Thermische Verfahrenstechnik /KIT)

Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) präsentiert zwei neue Entwicklungen auf dem Gebiet der Batteriespeichertechnologien. Dabei ist es den Forschern gelungen, den Beschichtungsprozess für Elektrodenfolien zu beschleunigen. Neu ist auch ein Speichersystem mit 1,5 Megawattstunden Kapazität, das sich durch niedrige Betriebs- und Wartungskosten auszeichnen soll.

Bei der Produktion von Batterien für Elektroautos, Smartphones oder Laptops spielen Elektrodenfolien eine entscheidende Rolle. Dabei wird das Elektrodenmaterial als dünne Paste auf eine Folie aus Kupfer oder Aluminium aufgetragen – allerdings unterbrochen von kurzen Abschnitten unbeschichteter Folie, die als Elektrodenableiter unerlässlich sind. Dabei muss der Beschichtungsprozess unterbrochen und neu gestartet werden, um die unbeschichteten Bereche zu realisieren. Das nimmt viel Zeit in Anspruch und treibt die Herstellungskosten nach oben.

Mit einem intermittierenden, also unterbrechenden Verfahren konnten Verfahrenstechnikerinnen und Verfahrenstechniker des KIT nun die Produktionsgeschwindigkeit deutlich erhöhen. Dabei kommt eine patentierte Düse zum Einsatz, die mit einer Membran ausgestattet ist, durch die das Auftragen der Beschichtungspaste zyklisch stoppt und wieder startet. Weil keine weiteren beweglichen Teile erforderlich sind, ist es mit dem neuen Verfahren möglich, die Durchsatzgeschwindigkeit zu steigern. Statt der bislang im industriellen Bereich üblichen 25 bis 35 Meter können die Batterieelektroden nun mit über 100 Metern pro Minute produziert werden.

Im Energy Lab 2.0 – einer großskaligen Energieforschungsinfrastruktur am KIT – wird nun der seriennahe Prototyp eines Lithium-Ionen-Großspeichers mit besonders niedrigen Betriebs- und Wartungskosten umgesetzt. Möglich ist das zum einen durch eine effiziente Steuerung, die das Batterietechnikum am KIT entwickelt hat. Zum anderen wurde die Kühlung des Prototypen energetisch optimiert: Neben Kühlwasser aus Erdsonden wird dabei auch die Betonhülle zur passiven Kühlung eingesetzt. Durch die richtige Kühlung erhöht sich die Lebensdauer der Batterien und somit auch die Wirtschaftlichkeit.

Das neue Speichersystem liefert 1,5 Megawattstunden nutzbare Energie und kann bis zu 800 Kilowatt elektrischer Leistung erzielen. Für einen optimalen Betrieb sorgen zwei unabhängige Batterie- und Umrichtersysteme. Sie ermöglichen einen kontinuierlichen Betrieb des Speichersystems, auch wenn eine der Komponenten ausfällt. Durch ein anteiliges Versenken des Gebäudes im Boden wird der Platzbedarf des Batteriespeichers reduziert, ein ansprechendes Design soll zudem die Akzeptanz als Quartierspeicher in Wohngebieten verbessern.

25.3.2019 | Quelle: KIT | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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