Akkutechnologien Laserbasierendes Verfahren verbessert die Ladefähigkeit von Akkus

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Im Rahmen des Forschungsprojekts „structur.e“ an der Hochschule Aalen wollen Forscherteams u. a. mit einem laserbasierenden Verfahren die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus verbessern.

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Doktorand Max-Jonathan Kleefoot hat an der Hochschule Aalen ein Laserverfahren mitentwickelt, mit dem man in eine Batterie mehr Energie packen kann.
Doktorand Max-Jonathan Kleefoot hat an der Hochschule Aalen ein Laserverfahren mitentwickelt, mit dem man in eine Batterie mehr Energie packen kann.
(Bild: Jan Walford, Hochschule Aalen)

Halbzeit beim Forschungsvorhaben „structur.e“ an der Hochschule Aalen mit vielversprechenden Ergebnissen nach knapp zwei Jahren Projektdauer: Die beiden Forscherteams vom LaserApplikationsZentrum (LAZ) und dem Institut für Materialforschung (IMFAA) Aalen beschäftigen sich in diesem vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) mit rund einer Million Euro geförderten Projekt mit der Frage, wie sie die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus verbessern können – etwa um lästige Wartezeiten an den Ladesäulen für Elektroautos zu verkürzen. Sie setzen dabei unter anderem auf ein laserbasiertes Verfahren, das bereits zum Patent angemeldet wurde.

Möglichst kleine Akkus sind das Ziel

„Ein Akku sollte möglichst klein sein und dennoch möglichst viel Energie speichern können“, erklären Max-Jonathan Kleefoot und Jens Sandherr. Die beiden Doktoranden am LAZ und IMFAA der Hochschule Aalen forschen gemeinsam zu diesem Thema seit dem Start des Projekts „structur.e“ im Jahr 2019. Presse man die Elektroden im Innern einer Batterie zusammen und verdichte diese, passe – vereinfacht gesagt – mehr elektrische Energie hinein: „Dann steht man aber schon vor der nächsten Herausforderung: Die Batterie enthält nun zwar mehr Energie auf einem kleineren Volumen, lässt sich aber dafür schlechter wieder aufladen.“

Volkswagen als Projektkoordinator

Vor allem die Autoindustrie brauche für den wachsenden Markt der Elektromobilität Traktionsbatterien, die möglichst viel Energie in möglichst kurzer Zeit aufnehmen könnten. Wie schafft man es also, mehr Energie in noch kürzerer Zeit in eine solche Batterie zu bekommen? So lautet übersetzt die Fragestellung, an der die Hochschule Aalen im Rahmen des Forschungsvorhabens „structur.e“ mit neun weiteren Kooperationspartnern – etwa dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) oder Trumpf Laser – arbeitet. Projektkoordinator des vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) geförderten Projekts ist VW.

Vielversprechende Ergebnisse nach Laserbearbeitung der Elektroden

Kleefoot und Sandherr haben auf der Suche nach der Antwort eine ganze Reihe von Versuchen durchgeführt: „Wir haben mit dem Laser die Oberflächen der Elektroden im Innern der Batterien aufgeraut und perforiert, um den Austausch der Lithium-Ionen zwischen den Elektroden beim Be- und Entladen zu verbessern“, erklärt Kleefoot. Untersuchungen zur Schnellladefähigkeit deuten darauf hin, dass die so bearbeiteten Batterien spürbar schneller geladen werden können.

Zeitersparnis bei nachfolgenden Prozessschritten der Zellherstellung

„Die Ergebnisse sind äußerst vielversprechend“, zieht auch Prof. Dr. Volker Knoblauch eine positive Zwischenbilanz. Er ist Projektleiter des Vorhabens und Mitglied der Institutsleitung des IMFAA der Hochschule Aalen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt, der sich durch die Laserbearbeitung der Elektroden abzeichne, sei die Zeitersparnis bei nachfolgenden Prozessschritten der Zellherstellung, so Knoblauch. Mehr wollen die Forscher dazu allerdings noch nicht sagen – zu frisch sind diese Ergebnisse. Im weiteren Projektverlauf sollen die bislang überwiegend an Laborzellen erarbeiten Ergebnisse nun auf größere Zellen übertragen und so die nächsten Schritte zu einer möglichen Industrialisierung des Verfahrens gegangen werden. Das laserbasierte Verfahren wurde bereits zum Patent angemeldet.

IMFAA, LAZ und SmartPro

Das Institut für Materialforschung Aalen (IMFAA) ist auf die Verarbeitung, Charakterisierung und Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen spezialisiert. Der Schwerpunkt liegt auf fortschrittlichen Materialien und Komponenten für ressourceneffiziente Mobilität, erneuerbare Energien, additive Fertigung sowie maschinelles Lernen in der Mikroskopie und Bauteilprüfung. Das LaserApplikationsZentrum (LAZ) bearbeitet Forschungsthemen rund um die Laserprozesstechnik in den Bereichen des Leichtbaus, der elektrischen Energiespeicher (Batterietechnologie), Elektromobilität, der additiven Fertigung sowie Oberflächenfunktionalisierung. Beide Institute sind in der Fakultät Maschinenbau und Werkstofftechnik der Hochschule Aalen beheimatet und kooperieren unter anderem im BMBF geförderten Kooperationsnetzwerk SmartPro.

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