Forschungsprojekt: Energiedichte von Festkörperbatterien deutlich erhöhen

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Die Uni Bayreuth startet ein neues Forschungsprojekt für Festkörperbatterien: Eine aussichtsreiche Beschichtungsmethode soll ihre Energiedichte erhöhen und die Herstellung nachhaltiger machen. Für das Projekt tritt die Universität dem Kompetenzcluster „FestBatt“ bei.

Ziel ist eine Energiedichte von 1.150 Wh/l

Die größte Herausforderung bei der industriellen Fertigung von Feststoffbatterien ist, Kathoden und Elektrolyte aus feinen keramischen Schichten herzustellen. Die Uni Bayreuth beschäftigt sich mit der sogenannten Pulveraerosoldepositionsmethode (Powder Aerosol Deposition, PAD). Dieses Verfahren soll künftig für die Beschichtung von Kathoden und Festelektrolyten eingesetzt werden.

Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos ist Inhaber des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien an der Universität Bayreuth und hat das PAD-Verfahren mit seinem Team in den letzten Jahren weiterentwickelt und optimiert. Im aktuellen Forschungsprojekt will er nun eine volumetrische Energiedichte von 1.150 Wh/l für Festkörperbatterien erreichen. Forschungspartner dabei sind die Universität des Saarlandes und das Karlsruher Institut für Technologie KIT.

PAD ist effizient und nachhaltig

Die Pulveraerosoldepositionsmethode ist ein Sprühverfahren, mit dem sich dichte Keramikschichten auf ganz verschiedene Arten von Materialien aufbringen lassen, etwa auf Stahl, Glas, Silizium oder Kunststoff. Dieses Verfahren hat sich in den letzten Jahren etabliert. Die Schichten sind zwischen 0,5 und 50 Mikrometer hoch und damit dünner als ein menschliches Haar. Ein Plus: Das Verfahren funktioniert bei Raumtemperatur, verbraucht nur wenig Energie und ist kostengünstig. Damit trägt es auch dazu bei, die Batterieherstellung klimafreundlicher zu machen.

Im aktuellen Forschungsprojekt soll außerdem ein Verfahren entwickelt werden, mit dem sich Kathoden mit variablen Anteilen unterschiedlicher Materialtypen herstellen lassen. Dazu gehören das Kathodenaktivmaterial, das Festelektrolytpulver sowie elektronisch leitfähige Additive.

Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“

„FestBatt“ ist bereits das fünfte Kompetenzcluster des Dachkonzepts „Forschungsfabrik Batterie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Ziel des Kompetenzclusters ist es, die Grundlagen von Festkörperakkus zu erforschen und die Erkenntnisse in der Praxis anzuwenden. An der Universität Bayreuth ist auch der Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme beteiligt. Dort liegt der Fokus auf dem elektrochemischen Verhalten von gradierten Elektroden mit Festelektrolyt sowie auf den Rahmenbedingungen für einen sicheren Betrieb der Batterien.

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