Produktionstechnik für hybride Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode

Die Festkörperbatterie mit Lithium-Metall-Anode gilt als mögliche Substitutionstechnologie für die konventionelle Lithium-Ionen-Batterie mit flüssigem Elektrolyten. Im Projekt ProHybrid wird ein kosteneffizienter und skalierbarer Fertigungsprozess von Festkörperbatterien in industrierelevanten Zellformaten angestrebt.

Projektbeschreibung:
Das Forschungsprojekt ProHybrid zielt darauf ab, eine skalierbare und kosteneffiziente Produktionstechnologie für Festkörperbatterien mit Lithium-Metall-Anode in einem industrierelevanten Zellformat zu entwickeln. Um die Wende von fossilen Energieträgern hin zu erneuerbaren Energien zu schaffen, sind leistungsfähige Energiespeicher notwendig. Dies gilt insbesondere im Mobilitätssektor, wo herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigem Elektrolyten aufgrund einer begrenzten Energiedichte und Schnellladefähigkeit an die technologischen Grenzen stoßen. Festkörperbatterien mit ionisch leitfähigem Festelektrolyten bieten eine vielversprechende Alternative, da durch den Einsatz von Lithium-Metall-Anoden eine höhere Energiedichte ermöglicht wird.

Im Rahmen von ProHybrid wird ein oxidkeramischer Festelektrolyt erforscht, der mit Kathodenaktivmaterial infiltriert wird. Zudem wird ein hybrides Zellkonzept verfolgt, bei dem die ionische Leitfähigkeit der Kathode durch einen polymeren Festelektrolyten gezielt optimiert wird. Um die vielversprechenden elektrochemischen Eigenschaften dieser Festkörperbatterien in eine industrielle Anwendung zu überführen, müssen skalierbare Produktionsprozesse entwickelt werden. Dabei werden verschiedene Herstellungsverfahren untersucht, insbesondere die Nutzung gepulster Laserstrahlung zur Oberflächenbearbeitung oxidkeramischer Materialien sowie zur Infiltration poröser Komponenten. Zusätzlich wird ein simulationsbasiertes Zelldesign erarbeitet, das durch mikrostrukturelle, mechanische und elektrochemische Charakterisierungsmethoden validiert wird. Dies ermöglicht eine gezielte Optimierung der Zellarchitektur und eine quantifizierbare Bewertung des Designs.

Ein wesentlicher Bestandteil des Projekts ist der Aufbau eines Funktionsdemonstrators zur teilautomatisierten Zellassemblierung. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, die technologischen Herausforderungen der Festkörperbatterie-Produktion zu überwinden und eine wirtschaftlich tragfähige Fertigung zu ermöglichen. Durch die enge Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Forschungseinrichtungen und Industriepartnern wird ein effizienter Technologietransfer angestrebt, um die Marktreife der Festkörperbatterie mit Lithium-Metall-Anode zu beschleunigen.

Das Projekt ProHybrid leistet einen wichtigen Beitrag zur Weiterentwicklung leistungsfähigerer und sichererer Energiespeicher und unterstützt die Elektrifizierung des Verkehrssektors.