{"id":428717,"date":"2023-01-17T06:30:00","date_gmt":"2023-01-17T05:30:00","guid":{"rendered":"https:\/\/innovationorigins.com\/?p=428717"},"modified":"2023-01-17T06:30:00","modified_gmt":"2023-01-17T05:30:00","slug":"forscher-untersuchen-nachhaltige-prozesse-fuer-die-fertigung-von-batteriezellen","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ioplus.nl\/archive\/de\/forscher-untersuchen-nachhaltige-prozesse-fuer-die-fertigung-von-batteriezellen\/","title":{"rendered":"Forscher untersuchen nachhaltige Prozesse f\u00fcr die Fertigung von Batteriezellen"},"content":{"rendered":"\n

Elektrofahrzeuge sind wesentlich energie-effizienter als Fahrzeuge mit Verbrennermotoren. Trotzdem gibt es noch etwas, das uns von einer klimavertr\u00e4glichen Zukunft des Verkehrssektors trennt: Die Fertigung der Kathoden f\u00fcr Batteriezellen, mit denen E-Fahrzeuge betrieben werden, ist enorm energie-intensiv. Zudem sind toxische L\u00f6sungsmittel in deren Herstellung involviert. Im Projekt BatWoMan<\/em> will sich ein europ\u00e4isches Forschungskonsortium dieser Herausforderung jetzt stellen. Beteiligt sind das AIT Austrian Institute of Technology<\/em><\/a>, das Karlsruher Institut f\u00fcr Technologie<\/a><\/em>, Fundaci\u00f3 CIDETEC<\/a><\/em>, Matthews International<\/a><\/em>, die Universit\u00e4t Duisburg-Essen<\/em> <\/a>und die RISE Research Institutes of Sweden<\/a><\/em>. Ziel ist es, eine nachhaltige Zellproduktionsprozesskette zu entwickeln und mit namhaften Industriepartnern zur Marktreife zu bringen. <\/p>\n\n\n\n

Die Projektkoordination obliegt Katja Fr\u00f6hlich vom AIT Austrian Institute of Technology<\/em> in Wien<\/a>, wo sie das Forschungsfeld Sustainable and Smart Battery Manufacturing<\/em><\/a> <\/em>leitet. Im Interview mit Innovation Origins<\/em> spricht sie \u00fcber die Herausforderungen.<\/p>\n\n\n\n

Warum wir \u00fcber dieses Thema schreiben:<\/summary>

Gegenw\u00e4rtig ist die Herstellung von Batteriezellen enorm energieintensiv und mit toxischen L\u00f6sungsmitteln verbunden. Das zu \u00e4ndern, w\u00fcrde die Klimabilanz von E-Fahrzeugen wesentlich verbessern.<\/p><\/div><\/details>\n\n\n\n

\"Batteriezellen,
Katja Fr\u00f6hlich, Mobility Department, AIT – Austrian Institute of Technology (c) AIT – Zinner<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n

Was ist problematisch an g\u00e4ngigen Produktionsprozessen?<\/h2>\n\n\n\n

Momentan findet die gesamte Zellassemblierung in einer gesch\u00fctzten Atmosph\u00e4re statt \u2013 dabei m\u00fcssen unter anderem Temperatur und Feuchtegehalt der Luft konstant gehalten werden. Das ist enorm energieaufw\u00e4ndig. Schon in unserem vergleichsweise kleinen Forschungsraum werden dabei circa 7000 Kubikmeter Luft pro Stunde umgew\u00e4lzt. Die Trocknung erfolgt elektrisch oder mit Gas, um den Taupunkt von minus 40 bis 60 Grad zu halten. Au\u00dferdem braucht es zus\u00e4tzlich eine K\u00fchleinheit, um die Raumtemperatur in jeder Jahreszeit konstant zu halten.<\/p>\n\n\n\n

In g\u00e4ngigen Fertigungsprozessen werden die Kathoden mit toxischen L\u00f6sungsmitteln verarbeitet und es sind mehrere Trocknungsschritte notwendig. Wir wollen die toxischen L\u00f6sungsmittel weitgehend mit Wasser ersetzen und den Trocknungsbedarf deutlich reduzieren. Das ist es, was wir in dem Projekt machen.<\/p>\n\n\n

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Guardian: Prof. Sinn sieht sogar steigende CO2-Emissionen durch E-mobilit\u00e4t<\/div>
Prof. Hans-Werner Sinn schreibt im Guardian \u00fcber die zuk\u00fcnftigen Entwicklungen der Automobil-Emissionen in der EU.<\/div><\/div><\/div>\n\n\n

Wie ist das Projekt BatWoMan aufgebaut?<\/h2>\n\n\n\n

Wir arbeiten mit hochviskosen Schlicken, sogenannten Anoden- und Kathodenschlicken, die es erm\u00f6glichen, die Trocknung schon in die Kompaktierung der Elektroden einzubauen. <\/p>\n\n\n\n

Nach der Kompaktierung werden die Elektroden strukturiert \u2013 weshalb wir von 3D-strukturierten Elektroden sprechen. Mit dem Effekt, dass die Elektrolyt-F\u00fcllung schneller und effizienter, aber auch mit weniger Elektrolyten durchgef\u00fchrt werden kann. Dies spart Kosten und stellt einen neuen, innovativen Produktionsprozess dar. <\/p>\n\n\n\n

Da wir die Elektroden auf Wasserbasis produzieren, gehen wir davon aus, dass nicht mehr alle Einzelschritte in gesch\u00fctzter Atmosph\u00e4re gemacht werden m\u00fcssen. Wenn man nur die Elektrolytf\u00fcllung und die Kompaktierung in einer gesch\u00fctzten Atmosph\u00e4re machen k\u00f6nnte und dann den fertigen Zellstapel einfach in einer Trocknungseinheit trocknen, dann w\u00fcrde man in diesem Prozess schon sehr viel Energie sparen. <\/p>\n\n\n\n

Auf die F\u00fcllung des Elektrolyten folgt dann die Formierung. Dabei kommen Anode und Kathode zum ersten Mal in Kontakt. Dieser Prozess basiert auf sehr niedrigen Str\u00f6men und ist daher langwierig. Manchmal entstehen auch Gase, die abgezogen werden m\u00fcssen. Au\u00dferdem ist der Platzbedarf gro\u00df und liegt bei etwa 30 Prozent der gesamten Produktionsfl\u00e4che. Ein Prozess, den wir im Projekt BatWoMan<\/em> mit Maschinenans\u00e4tzen optimieren wollen. <\/p>\n\n\n\n

Im Projekt soll die nachhaltige Fertigung von Batteriezellen durch eine auf KI basierende Plattform digital unterst\u00fctzt werden. Inwieweit kann diese unterst\u00fctzend wirken? <\/h2>\n\n\n\n

Wir konzentrieren uns auf Mobilit\u00e4tsanwendungen und dabei geht es sowohl um Recycling als auch um Wiederverwertung. F\u00fcr beide F\u00e4lle ist es sehr wichtig, dass relevante Zellbauprozesse gespeichert und sp\u00e4ter ausgelesen werden k\u00f6nnen. Das gibt Aufschluss \u00fcber den Lade- und Gesundheitszustand der Batteriezellen. Weiters werden in diesem Battery Data Space<\/em> auch die Energiedaten der Batterie gespeichert, so dass am Ende der Produktion der tats\u00e4chliche CO2<\/sub>-Fu\u00dfabdruck der Zelle abgelesen werden kann. Dadurch k\u00f6nnen Hersteller ihre Produktionsprozesse energieeffizienter gestalten. <\/p>\n\n\n\n

F\u00fcr eine solche Plattform spricht auch das zunehmend differenzierte Feld der Automotive, in dem an eine Antriebsbatterie f\u00fcr einen kleinen Familienwagen andere Anforderungen gestellt werden als an eine Traktionsbatterie f\u00fcr einen Sportwagen oder einen Kleinbus. Dabei wird man zwischen Kriterien wie preisg\u00fcnstig<\/em>, gro\u00dfe Reichweite<\/em> oder schnelle Bereitstellung von viel Energie<\/em> entscheiden k\u00f6nnen. Auch das sind Anforderungen, die in Parametern auf einer solchen Plattform abgebildet werden k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n\n

Was sind die relevanten Parameter f\u00fcr Recycling-Unternehmen?<\/h2>\n\n\n\n

Bisweilen erkennt man von au\u00dfen bei einem Li-Ionen Akku noch nicht einmal aus welchen Hauptkomponenten er besteht. <\/p>\n\n\n\n

W\u00fcrde man die Materialien kennen, dann k\u00f6nnte man die Separation optimieren. Verschiedene Energiespeichersysteme enthalten unterschiedliche Arten von Materialien \u2013 und auch Recycling erfordert einen Energieeintrag und verursacht Kosten. Um abw\u00e4gen zu k\u00f6nnen, inwieweit welcher Recyclingprozess wirklich sinnvoll ist, braucht es auch Daten wie die Dicke der Elektroden und deren Materialzusammensetzung. Wenn Energiespeicher zum Beispiel Kobalt, Nickel oder Mangan enthalten, dann sollte man diese Stoffe separieren, bevor der Recyclingprozess beginnt. <\/p>\n\n\n\n

Wer soll Zugriff auf diesen Battery Data Space<\/em> haben?<\/h2>\n\n\n\n

Es gibt Bestrebungen, einen europ\u00e4ischen oder auch globalen Battery Passport<\/em><\/a> zu entwickeln. Die verantwortlichen Organisationen interessieren sich daf\u00fcr, wie man die von uns entwickelte Plattform auf dieser Ebene integrieren kann. Auch daf\u00fcr sind wir nat\u00fcrlich Ansprechpartner. Wer dann am Ende an welche Informationen kommt, wird letztendlich \u00fcber diese Regulierungen zu kl\u00e4ren sein.<\/p>\n\n\n\n

Das Projekt BatWoMan<\/em> soll gew\u00e4hrleisten, dass die Plattform dann zur Verf\u00fcgung steht, wenn die Regulierung in Kraft ist. Wir schauen uns in dem Projekt an, welche Art von Data Space<\/em> man braucht und wie man diesen implementieren kann. Dann erstellen wir die Plattform und untersuchen, welche Daten man wie auslesen kann. Da das Speichern von Daten einen Energieeintrag und Kosten verursacht, untersuchen wir auch, wie man das m\u00f6glichst effizient machen kann. <\/p>\n\n\n\n

Die Ergebnisse sollen die europ\u00e4ische Fertigung von Batteriezellen f\u00f6rdern. Inwieweit ist diese bereits vorhanden?<\/h2>\n\n\n\n

Derzeit findet die Produktion vorwiegend in Asien statt \u2013 und vor allem in China, wo bis vor kurzem noch \u00fcber 80 Prozent der Batteriezellen weltweit hergestellt wurden. In den vergangenen Monaten wurden aber viele europ\u00e4ische Produktionsst\u00e4tten angek\u00fcndigt – sowohl von europ\u00e4ischen als auch von asiatischen Herstellern. Wobei sich die europ\u00e4ischen Zellproduktionsst\u00e4tten stark auf nachhaltige Produktionsmethoden konzentrieren wollen.<\/p>\n\n\n\n

Ist die Produktion in Europa wettbewerbsf\u00e4hig?<\/h2>\n\n\n\n

Das muss man sicher unter Nachhaltigkeits- und Qualit\u00e4tsaspekten betrachten. In der herk\u00f6mmlichen Fertigung von Batteriezellen gibt es zum Beispiel einen hohen Anteil an Ausschuss. Bei hohem Qualit\u00e4tsanspruch k\u00f6nnte dieser Anteil reduziert werden und man k\u00f6nnte einiges einsparen. Wenn von vornherein Recyclingoptionen eingeplant sind, dann k\u00f6nnen zumindest die eigenen Materialien wieder in den Kreislauf zur\u00fcckgef\u00fchrt werden. Weiters ist die Produktion von Batteriezellen in Europa auch eine Frage der Wertsch\u00f6pfungskette. Es gibt Materialien, die man in Europa sourcen kann und Materialien, bei denen man an den asiatischen Markt gebunden ist. Das sind Dinge, die man sich ansehen muss, bevor man diese Frage abschlie\u00dfend beantworten kann. <\/p>\n\n\n\n

Foto oben: Der Trockenraum im AIT Austrian Institute of Technology (c) AIT – Lang<\/em><\/p>\n\n\n

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AIT investiert in die Solid State Batterie Forschung<\/div>
Der Verkehrssektor z\u00e4hlt mit einem Anteil von 30 Prozent zu den gr\u00f6\u00dften CO2– Emittenten. Schuld sind herk\u00f6mmliche Fahrzeuge mit Verbrennungsmotoren.<\/div><\/div><\/div>","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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