Energieeffiziente und qualitätsorientierte Anlagenkonzepte für die Batteriezellfertigung

Ein Schlüssel zu einer nachhaltigeren Gesellschaft ist die Entwicklung und Nutzung neuer Energieträger. Aufgrund der begrenzten Ressourcen und der negativen Ökobilanz ist es notwendig, fossile Energieträger langfristig zu ersetzen. Die Batteriespeichertechnologie ist dafür einer der vielversprechendsten Ansätze, insbesondere die Lithium-Ionen-Batterie, die zum Beispiel aus der Elektromobilität nicht mehr wegzudenken ist. Die Nachfrage nach Lithium-Ionen-Batterien ist in den vergangenen Jahren signifikant gestiegen, und es ist zu erwarten, dass dieser Trend sich exponentiell fortsetzen wird.
Die Batterie hat gegenüber fossilen Energieträgern einen großen Vorteil in Bezug auf Schadstoff-Emissionen. Darüber hinaus gilt es allerdings, auch die gesamte Wertschöpfungskette und den Lebenszyklus einer Batterie nachhaltiger zu machen. Dazu zählen die in einer Batterie verwendeten Materialien, innovative Recyclingkonzepte und nicht zuletzt neue Technologien für die Produktion von Batteriezellen. Die Prozesse der Batteriezellproduktion sind teils sehr energieintensiv. Daher beschäftigen sich die Forschenden der Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB unter anderem mit neuen Technologien, die die Produktion von Batteriezellen effizienter sowie energiesparender und auf diesem Wege nachhaltiger und ökonomischer machen. Neben Innovationen im Bereich der Anlagentechnik spielt auch die Umgebung, in der die Produktion stattfindet, eine besondere Rolle. Derzeit befindet sich die Produktion üblicherweise in Rein- und Trockenräumen. Um die klimatischen Bedingungen dieser Räume zu erzeugen, bedarf es teils sehr energieintensiver Prozesse.
Eine vielversprechende Alternative stellt der Einsatz von so genannten »Mini- und Makro-Environments« dar. Das bedeutet, dass die Prozessschritte in einer kleineren Umgebung stattfinden, bis hin zur Arbeit mittels Handschuhkästen, den so genannten »Gloveboxes«. Bislang begrenzt sich die Nutzung von »Mini-Environments« auf den Labor- beziehungsweise Pilotmaßstab. Gloveboxes sind zuverlässig und langjährig in den Batteriezelllaboren im Einsatz und lassen sich durch manuelle Schritte oder durch teilautomatisierte Prozesse miteinander koppeln, um den gesamten Wertschöpfungsprozess einer Batteriezelle abzubilden. Die Forschenden der Fraunhofer FFB evaluieren in diesem Whitepaper die Möglichkeiten, »Mini- und Makro-Environments« auch im Serienmaßstab zu etablieren. Einen Durchbruch erwarten die Forschenden bereits in den kommenden Jahren.
Die Mitarbeitenden der Fraunhofer FFB arbeiten durch ihre Forschung in diesem und vielen weiteren Gebieten täglich daran, Batterietechnologien effizienter und ökologischer zu gestalten. So werden diese langfristig zu einer rundum nachhaltigen Alternative zu fossilen Energieträgern.