wbk Jahresbericht 2024 final inkl Inhaltslink - Flipbook - Seite 29
D I S S E R TAT I O N E N
STUDIUM UND LEHRE
VERÖFFENTLICHUNGEN
Forschungsprojekt Elektromobilität
POLiS – Post Lithium Storage Cluster of Excellence
Ziel des Vorhabens
Die Europäische Kommission warnt vor möglichen
Lieferengpässen bei den derzeitigen LithiumIonen-Batterien (LIB) aufgrund von Ressourcenknappheit sowie der unsicheren politischen Lage
in einigen Rohstofflieferländern. Im Rahmen des
Excellenzclusters Post Lithium Storage Cluster of
Excellence (POLiS) der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) werden neue Batteriematerialien
und Technologiekonzepte entwickelt, um elektrische Energie nachhaltiger und effizienter speichern
zu können. Sogenannte Post-Lithium-Batterien, die
beispielsweise auf Natrium basieren, bieten das Potenzial für mehr Energieeffizienz, Sicherheit und
langfristige Kostenersparnisse. Dabei stellt sich die
Frage nach der Produzierbarkeit, die wissenschaftlich nicht belegt ist. Das Team des wbk Institut
für Produktionstechnik hat es sich daher zum Ziel
gesetzt, das Kalandrierverhalten von Elektroden für
Natrium-Ionen-Batterien (NIB) mit dem von konventionellen Kathoden für LIB zu vergleichen und so die
Übertragbarkeit der Produzierbarkeit von LIB zu NIB
hinsichtlich des Kalandrierens zu untersuchen.
große Herausforderung für die Weiterverarbeitung
dar. Die Elektroden verformen sich bei der Verdichtung durch das Kalandrieren und treffen somit nicht
eben auf die Umlenkrollen. Ab einem kritischen
Bahnzug kann die Elektrode die Unebenheit nicht
ausgleichen und es entsteht eine Längsfalte zur
Kompensation. Die Faktoren Dichte, Bahnzug und
Temperatur beeinflussen dabei die Höhe, Breite und
Position der Längsfalte. Vorversuche haben gezeigt,
dass ein Strecken der Elektrode vor dem Auftreffen
der Elektrode auf die Umlenkrolle die Bildung der
Längsfalten verringern kann.
Ansprechpartnerin am wbk:
Ann-Kathrin Wurba, M.Sc.
Telefon: +49 1523 950 2617
ann-kathrin.wurba@kit.edu
Gefördert durch
Diese Forschungsarbeit wird von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Exzellenzstrategie – EXC 2154-Projektnummer 390874152
und durch das Bundesministerium für Bildung und
Forschung (BMBF), Projekt InteKal (Förderkennzeichen Nummer 03XP0348C) gefördert. Darüber
hinaus wurde ein Teil dieser Arbeit am Batterietechnikum des KIT (KIT-BATEC) durchgeführt und trägt zur
Forschung am CELEST (Center for Electrochemical
Energy Storage Ulm-Karlsruhe) bei.
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Vorgehensweise
Das Kalandrierverhalten wird anhand des Auftretens
von Fehlerbildern am Beispiel der „Längsfaltenbildung“ untersucht. Es werden Kalandrierversuche
an verschiedenen Elektroden durchgeführt, bei
denen die Zieldichte der Elektroden, die Temperatur
der Kalanderwalzen sowie der Bahnzug variiert
werden. Dabei wird die entstehende Längsfalte
mit Hilfe eines Lasertriangulationssystems sowie
eines 3D-Scanners aufgezeichnet und es werden
charakteristische Geometriemerkmale der Falte ausgewertet. Weiter werden die Materialeigenschaften
der kalandrierten Elektroden mit denen der unkalandrierten Elektroden bei verschiedenen Materialzusammensetzungen verglichen. Zuletzt soll eine
anlagenseitige Erweiterung entworfen werden, um
die Bildung der Längsfalten zukünftig im Prozess
reduzieren zu können.
Längsfalte in einer LIB-Kathode (Foto: wbk)
Ergebnisse
Längsfalten entstehen in Laufrichtung der Elektrode und meist im unbeschichteten Randbereich. Sie
werden auch in Elektroden für NIB beobachtet und
stellen sowohl aufgrund der hohen Bahnrissgefahr
als auch der eingeschränkten Aufwickelqualität eine
Kalander am Batterietechnikum des Campus Nord (Foto: Markus Breig, KIT)
Institut für Produktionstechnik Jahresbericht 2023
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