Am Lehrstuhl Production Engineering of E-Mobility Components (PEM) der RWTH Aachen ist die positive Wirkung eines neuartigen Laserverfahrens auf die Trocknungszeit in der Batterieproduktion nachgewiesen worden. Hintergrund des Forschungsprojekts war die Tatsache, dass Lithium-Ionen-Batterien mit mehr als 31 Prozent Gesamtanteil immer noch die mit Abstand kostspieligste Komponente von Elektrofahrzeugen sind – auch wegen des hohen Energieverbrauchs, die der Trocknungsprozess der Elektroden verursacht.
„Dieser Prozessschritt ermöglicht eine wesentlich energieeffizientere, hochwertigere und kostengünstigere Herstellung von Batterien“, sagt PEM-Leiter Prof. Achim Kampker zum neuen Verfahren. Es erlaube eine signifikante Reduktion der Trocknungszeit bei mindestens gleicher Qualität gegenüber dem aktuellen Stand der Technik. Sogenannte VCSEL-basierte Laser-Heizsysteme sollen sowohl die Betriebskosten als auch den CO2-Verbrauch um bis zu 40 Prozent verringern. Außerdem lasse sich der Equipment-Aufwand bei gleichbleibender Elektroden- und Zellqualität um bis zu 50 Prozent reduzieren.
Geringere Stellfläche und bessere Prozesskontrolle
„Die Lasertrocknung bietet viele Vorteile – wie eine verbesserte Energieeffizienz, eine geringere Stellfläche und eine bessere Prozesskontrolle“, sagt Ralph Gudde, Vice President Marketing and Sales bei Trumpf Photonic Components. Die VCSEL-Laserheizsysteme seien modular aufgebaut und verfügen über separate Zonen, was eine genaue Steuerung einzelner Beleuchtungszonen erlaube. Eine weitere besondere Eigenschaft der VCSEL-Module liege in deren Kompaktheit und einem geringen Arbeitsabstand. Dies ermögliche eine einfache Integration auch in bestehende Anlagen.
Die Ergebnisse der experimentellen Studie, die der RWTH-Lehrstuhl auf einer eigenen Forschungslinie vorgenommen hat, stellt das Institut gemeinsam mit seinem Spin-off PEM Motion und dem Unternehmen Trumpf im Whitepaper „VCSEL-Lasertrocknung in der Batterieproduktion“ vor. Präsentiert wird es auch auf der Battery Show Europe in Stuttgart vom 18. bis 20. Juni 2024.
