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  • ProLiMa (Prozessierung von Lithium-Metall-Anoden – Konfektionierung, Handhabung und Kontaktierung
    Das Projekt „ProLiMA“ zielt auf eine Untersuchung und Verbesserung der Prozessierung von Li-Metall-Anoden vor dem Hintergrund ihrer Anwendung in All-Solid-State Li-Ionen-Batterien ab. Für die Herstellung von Batterien dieser Generation ist das Wissen um die geeignete Prozessierung der entsprechenden Materialien entscheidender Faktor. Während kathodenseitig bereits eine breite Forschung betrieben wird, wird die Anodenseite bisher eher ausgeklammert und auf die Verwendung von reinem Li-Metall verwiesen. Dieser Ansatz ist grundsätzlich aufgrund der enormen Potenziale der Li-Metall-Anode nachvollziehbar, doch beinhaltet die industrielle Verarbeitung und Prozessierung von reinem Li-Metall signifikante Herausforderungen (u.a. die geringe mechanische als auch chemische Stabilität, ergänzt um die stark adhäsiven Eigenschaften) und ist bisher im Kontext der Batterieproduktion nicht methodisch untersucht worden. Hierfür werden die einzelnen Prozessschritte Handhabung, Konfektionierung und Kontaktierung der biegeschlaffen, stark adhäsiven und hoch reaktiven Li-Metallfolie methodisch unter Variation der Prozessparameter als auch -atmosphäre (Schutzgas, trockene Luft, etc.) untersucht, bewertet und Lösungen erarbeitet.
    Mit dem Projekt wird folglich verwertungstechnisch eine robuste, effiziente und skalierbare Prozessierung von Li-Metall-Anoden ermöglicht, so dass nach Bereitstellung von passenden Kathoden und Elektrolyten der industrielle Einsatz in Energiespeichern und deren skalierbare Produktion möglich ist.
     
    • Dauer: 01.02.2019-31.12.2021
    • Fördervolumen: ~145k€ (35% Förderung)



    Partner:

    • El-Cell GmbH 
    • Festo AG & Co. KG 
    • Herrmann Ultraschalltechnik GmbH & Co. KG 
    • Volkswagen AG 
    • Technische Universität Braunschweig - IFS
  • 3D-Strukturierung von Solid-state-Kathoden zur Erhöhung der Leistungs- und Energiedichte (3D-SSB)
    • Ziel ist eine 3D-struktuierte, mindestens 60 µm dicke All-Solid-State Kathode, die bei 0,5 C über 80% ihrer theoretisch abrufbaren Kapazitäten und eine erhöhte mechanische Stabilität aufweist.
    • Außerdem soll ein mechanisch und elektromechanisch stabiler Separator mit einer Dicke unter 15µm hergestellt werden.
    • Somit soll der praktisch abrufbare Energiegehalt, bzw. die Leistungsdichte von All-Solid-State Zellen messbar gesteigert werden:
      • Durch mikrostrukturierte Feststoffelektrolytkathoden und den Einsatz einer Li-Metall Anode mit Passivierungsschicht.
      • Mit der Entwicklung eines Elektrodenstrukturbaukastens mit darauf abgestimmten additiven und subtraktiven Prozessen zur gezielten zwei- und dreidimensionalen Strukturierung der Feststoffelektrolytkathoden.
      • Dazu werden gezielt strukturierte Kompositmaterialien auf unterschiedlichen Skalen mit starker Rückkopplung zwischen Material- und Prozesstechnologie entwickelt und untersucht.
     
    • Laufzeit: 01.02.2019 – 31.01.2022
    • BMBF Förderung: 757.083,00€
  • Erhöhung der spezifischen Energie – und Leistungsdichte in Batteriezellen für Elektrofahrzeuge (ProSiSt)
    • In diesem Projekt sollen die verschiedenen Aspekte geeigneter Zellfertigungsprozesse und Zelldesigns identifiziert und validiert werden. Ziel von Continental ist es, die spezifische Energie- und Leistungsdichte der Zellen zu erhöhen:
      • Durch ein neues Verfahren bekommen strukturierte, nur aus Silizium bestehende Schichten auf Kupferfolien eine höhere Flächenkapazität und mehr Stabilität.
      • Diese Art Anoden bieten eine deutlich höhere Energiedichte, als andere Materialansätze und sollen in Batteriezellen verarbeitet werden.
    • Eine Pilotanlage von Continental soll die Zellen so anfertigen, dass sie den Anforderungen im Elektrofahrzeug gerecht werden.
    • Die Prototyp-Zellen sollen bis zum Ende des Projekts in der Lage sein >700 Wh/L über 300 Zyklen zu erreichen.
    • Das Projekt gibt Continental die Möglichkeit die technologische Machbarkeit und Wirtschaftlichkeit von CVD, Sputter- und Verdampfungsprozessen in der Batterieproduktion zu evaluieren und weiter voranzutreiben.
     
    • ProSiSt Dauer: 01.10.2017-30.09.2020
    • Fördervolumen: 138.185,00€
  • BCT (Battery Cell Technology)
    Ziel des Projekts „Battery Cell Technology“ ist es, die nächste Generation der Lithium-Ionen-Batterie (All-Solid-State Festkörper-Batterie) zur Marktreife zur bringen um einen Einstieg in die Batteriezellenproduktion zu erreichen. Durch die Substitution des flüssigen Elektrolyten durch einen Festkörper-Elektrolyten kann das Zelldesign grundlegend verändert werden. Auf diese Weise wird ein neues, deutlich kleineres Zellkonzept möglich, woraus sich für die Zelle eine erhebliche Steigerung (+26 %vol [1]) der volumetrische Energiedichte ergibt. Durch den Verzicht auf brennbare, flüssige Elektrolyte wird die thermische Stabilität und die Sicherheit der Zelle deutlich verbessert. Auf Batteriemodul-Ebene können einfache und platzsparende Kühlkonzepte verwirklicht werden, falls diese überhaupt noch notwendig sind. Um eine Fertigung in Deutschland wirtschaftlich und nachhaltig zu gestalten, ist es zentral die Prozessdurchlaufzeiten deutlich zu reduzieren und die notwendigen neuen Materialien zu erforschen, sodass für den Endkunden attraktive Batteriepreise ermöglicht werden können.
    Bei positiven Ergebnissen aus dem geplanten Förderprojekt, könnte ein Markteintritt ab 2023 möglich sein. Dies bedeutet für die Verbundpartner neue Absatzmöglichkeiten ihrer weiterentwickelten Materialien und Anlagen für die Batteriezellenfertigung, sowie für Continental einen fundierten Ersatz für wegfallende Komponenten des Verbrennerfahrzeugs. Neben dem Erhalt von Arbeitsplätzen werden in dieser Vision zahlreiche und unterschiedlichste neue Arbeitsplätze geschaffen.
     
    • Dauer: 01.07.2017-31.12.2019
    • Fördervolumen: ~1,683 Mio. € (30% Förderung)



    Partner:

    • Adphos Group; Forschungszentrum Jülich GmbH
    • Institute of Energy and Climate Research; Materials Synthesis and Processing (IEK-1); Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA; Henkel AG & Co. KGaA
    • Adhesive Technologies
    • Saueressig Flexo GmbH + Co. KG 
    • Technische Universität Braunschweig - Institut für Partikeltechnik iPAT
    • Universität Stuttgart - Institut für Photovoltaik - Elektr. Energiespeichersysteme 
    • Westfälische Wilhelms-Universität Münster - MEET Batterieforschungszentrum

     
     

    1] Gerechnet für eine Zelle mit 60 % Aktiv-Material Anteil und einer NMC(111) Kathode
     „https://www.bundesregierung.de/ContentArchiv/DE/Archiv17/Artikel/2013/05/2013-05-27-elektromobilitaet.html,“ 27 Mai 2013. [Online].