Halbzeit beim Forschungsvorhaben „Structur.e“ an der Hochschule Aalen: Nach knapp zwei Jahren Projektdauer stellen die beiden Teams vom LaserApplikationsZentrum (LAZ) und dem Institut für Materialforschung (IMFAA) ihre Ergebnisse vor. Dazu zählt eine Technik zur Laserbearbeitung, die nun zum Patent angemeldet worden ist. Ziel des Projekts ist es, die Ladefähigkeit von Lithium-Ionen-Akkus zu verbessern und somit etwa Wartezeiten an Ladesäulen zu reduzieren.
„Eine Batterie sollte möglichst klein sein und dennoch möglichst viel Energie speichern können“, erklären Max-Jonathan Kleefoot und Jens Sandherr, beide Doktoranden am LAZ und IMFAA der Hochschule Aalen. Seit dem Start von „Structur.e“ im Jahr 2019 forschen sie gemeinsam zu diesem Thema. „Presst man die Elektroden im Innern einer Batterie zusammen und verdichtet diese, passt – 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.“
VW als Projektkoordinator
Vor allem die Autoindustrie braucht laut Kleefoot und Sandherr für den wachsenden Markt der Elektromobilität Traktionsbatterien, die möglichst viel Energie in möglichst kurzer Zeit aufnehmen können. Die Fragestellung von „Structur.e“ lautet deshalb: Wie lässt sich mehr Energie in noch kürzerer Zeit in eine solche Batterie bekommen?
Neun Kooperationspartner stellen sich neben der Hochschule Aalen dieser Frage, zu ihnen zählen mitunter das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) und die Firma Trumpf Laser. Projektkoordinator des vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) mit rund einer Million Euro geförderten Projekts ist VW.
Laserbearbeitung von 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 Inneren der Batterien aufgeraut und perforiert, um den Austausch der Lithium-Ionen zwischen den Elektroden beim Be- und Entladen zu verbessern“, berichtet Kleefoot. Untersuchungen zur Schnellladefähigkeit deuten darauf hin, dass die so bearbeiteten Batterien spürbar schneller geladen werden können.
„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 Batterieelektroden abzeichnet, ist laut ihm die Zeitersparnis bei nachfolgenden Prozessschritten der Zellherstellung.
Mehr wollen die Forscher dazu allerdings noch nicht sagen, da die Ergebnisse noch zu frisch sind. Im weiteren Projektverlauf sollen nun die bislang überwiegend an Laborzellen erarbeiten Erkenntnisse auf größere Zellen übertragen werden. Das ermöglicht die nächsten Schritte zu einer Industrialisierung des Verfahrens.
