„Kontinuierliche Z-Faltung“: Berliner Forscher wollen E-Auto-Akkus effizienter produzieren

Die in den Batterien von modernen Elektroautos eingesetzten Lithium-Ionen-Zellen sind für die Leistungsfähigkeit sowie in hohem Maße für die Kosten der alternativen Antriebsart verantwortlich. Auf die Batterie entfallen bis zu 40 Prozent der Wertschöpfung, davon machen bis zu 80 Prozent die Batteriezellen aus. Forscher der Technischen Universität Berlin wollen deren Produktion effizienter gestalten.

Ein neues an der TU Berlin entwickeltes Produktionsverfahren, die sogenannte kontinuierliche Z-Faltung, verringere Zeit und Kosten der Herstellung, teilte die Universität mit. Damit könnten Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft schneller und günstiger hergestellt werden.

Batteriezellen für Elektroautos bestehen aus dünnen metallischen Elektrodenfolien und extrem dünnen dazwischenliegenden Separatorfolien aus Kunststoff. Sie werden in Form einer Z-Struktur in der Batterie angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine hohe Energiedichte im Vergleich zu anderen Verbundbauweisen, sodass E-Autos möglichst viel Energie aus einer Batterieladung ziehen und weit gefahren werden können, bis die Batterie wieder geladen werden muss.

Bisherige Verfahren der Herstellung beinhalten „Pick-and-Place“-Bewegungen, erklären die Experten der TU Berlin. Dabei setzten Roboter die Elektroden- und Separatorfolien durch Aufgreifen und Positionieren Stück für Stück aufeinander. Dieser Vorgang sorge für zeitraubende Bewegungen und Stillstände, wenn die Robotersysteme vor- und zurückfahren. Die benötigte Zeit führe zu einer Durchsatzlimitierung und so zu einem kostentreibenden Prozessschritt in der Batteriezellen-Produktion.

Das Fachgebiet Montage- und Handhabungstechnik der Berliner Hochschule hat ein Verfahren entwickelt, das durch eine kontinuierliche Materialbewegung Stillstandzeiten im Verfahrensablauf vermeiden und dadurch eine Durchsatzsteigerung im Vergleich zum aktuellen Stand der Technik um rund 150 Prozent erreichen soll. „Das bedeutet, dass in der Zeit, in der heute 100 Batterien produziert werden, in Zukunft mit dem neuen Verfahren 250 Batterien hergestellt werden könnten“, heißt es. Der Einsatz von Transportsystemen mit linear umlaufenden Greifern erlaube eine kontinuierliche Faltenerzeugung. Die Elektroden liegen dabei als zugeschnittene Folien und die Separatorfolie als Bandmaterial vor.

Das Forschungsprojekt mit dem von der TU Berlin patentierten Verfahren befindet sich momentan in einer Demonstrationsphase. Nach Ende des „KontiBAT“-Projekts soll der aufgebaute Demonstrator mit Praxispartnern im Anlagenbau, der Systemintegration und Zellherstellung zu einem seriennahen Prototyp weiterentwickelt werden. Derzeit wird noch nach Kooperationspartnern aus Industrie und Wissenschaft gesucht, um die Innovation weiterzuentwickeln und in die Anwendung zu überführen.