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Germany first: Erweiterte Forschungsproduktion für Li-Ion-Zellen

| Redakteur: Gerd Kucera

Derzeit findet die Fertigung von Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ion) laut ZSW hauptsächlich in Asien und Nordamerika statt. Durch das laufende Projekt ZellkoBatt soll sich das ändern.

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Seit 2014: Das ZSW betreibt eine europaweit einzigartige Forschungsplattform für die industrielle Produktion von großen Lithium-Ionen-Zellen im PHEV-1-Format. Das Bild zeigt die die vollautomatische Assemblierung und Formierung. Mit dem Projekt ZellkoBatt werden die Anlagen erweitert.
Seit 2014: Das ZSW betreibt eine europaweit einzigartige Forschungsplattform für die industrielle Produktion von großen Lithium-Ionen-Zellen im PHEV-1-Format. Das Bild zeigt die die vollautomatische Assemblierung und Formierung. Mit dem Projekt ZellkoBatt werden die Anlagen erweitert.
(Bild: ZSW)

Seit März 2020 optimieren Forscher*innen des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) Großformat-Li-Ion-Zellen für automobile Anwendungen und wollen die Kosten für Komponenten und Fertigungsprozessen senken. Die Ergebnisse übertragen die Wissenschaftler auf die bereits seit dem Jahr 2014 betriebene, seriennahe Forschungsproduktionslinie des ZSW, um sie auf einen massentauglichen Maßstab zu bringen. Damit soll eine weitere Brücke von der prototypischen Demonstration zur industriellen Massenproduktion in Deutschland geschlagen werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben mit 12,7 Mio.€ über drei Jahre.

Dazu die Leiterin der Batterieforschung am ZSW. Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens: „Wir müssen alles daransetzen, die Entwicklung und Produktion von Batteriesystemen zügig voranzutreiben, um die Zukunftsfähigkeit des Automobillandes Deutschland zu sichern. Mit dem Projekt ZellkoBatt erweitern wir unsere bestehende Technologieinfrastruktur, um den Transfer innovativer Batteriezellen in die industrielle Massenproduktion zu beschleunigen.“

Digitalisierung und Massenfertigung

Im Projekt „Entwicklung, Aufbau und Validierung von fortschrittlichen Material-, Zell- und Produktionssystemen für eine kosteneffiziente, nachhaltige und großskalige Batteriezellproduktion (ZellkoBatt)“ streben die ZSW-Forscher*innen eine deutliche Verbesserung von Lithium-Ionen-Zellen gegenüber dem jetzigen Stand der Technik an.

„Hierfür soll das langjährige verfahrens- und produktionstechnische Wissen um großformatige Pouch- und PHEV-2-Zellen bis 80 Amperestunden sowie Rundzellen vom Typ 21700 erweitert werden“, erklärt Dr. Wolfgang Braunwarth, Leiter des Fachgebiets Produktionsforschung am ZSW.

Darüber hinaus will das ZSW die Möglichkeiten der Digitalisierung der Zellproduktion ausbauen: Über eine cloudbasierte Datenschnittstelle können Daten für weitere Forschungszwecke, beispielsweise zur Modellierung und Simulation der Produktion oder zur intelligenten Prozesssteuerung durch maschinelles Lernen genutzt und an externe Partner übertragen werden. Damit kann künftig schneller sowohl auf die Anforderungen der Industrie als auch auf neue Erkenntnisse der Forschung reagiert werden.

Die Mobilität von morgen soll klimaneutral und möglichst emissionsfrei sein. Elektrofahrzeuge bieten laut ZSW ein enormes Potenzial zur CO2-Reduzierung, weil immer mehr Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Ziel der Bundesregierung ist es, den Bestand auf bis zu 10 Mio. Elektrofahrzeuge in Deutschland bis zum Jahr 2030 zu steigern. Das Herzstück von Elektrofahrzeugen ist und bleibt der Akku.

Während asiatische Wettbewerber den Markt dominieren, weil sie seit Jahren massiv in die Erweiterung ihrer Massenfertigungen von Batteriezellen investieren, kommen die Fertigungen in Deutschland bislang kaum über den Status von Pilotlinien bzw. Kleinserienfertigungen hinaus. Ein Problem sind dabei die hohen Investitionen für den Aufbau einer Massenproduktion, insbesondere dann, wenn die Serientauglichkeit der Produkte noch nicht nachgewiesen ist. ZellkoBatt soll dazu beitragen, dieses Problem zu lösen, damit deutlich mehr Bewegung in den Aufbau von Produktionskapazitäten in Deutschland kommt, um die wachsende Nachfrage nach Batterien bedienen zu können.

Im Forschungsprojekt ZellkoBatt arbeiten Forschende des ZSW auch daran, die bestehende Infrastruktur um Maschinen und Anlagen zur hocheffizienten Massenproduktion von Lithium-Ionen-Zellen zu erweitern und optimierte Fertigungsprozesse dafür zu entwickeln. ZellkoBatt bildet einen Baustein im Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und in der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung zum Aufbau einer wettbewerbsfähigen Batteriezellproduktion in Deutschland.

(ID:46839156)