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Innovationswettbewerb Neuland 2015

Innovationswettbewerb Neuland 2015
Datum: 24.04.2015

NEULAND Innovationspreis 2015 geht an den Forschungsbereich "Technologie dünner Schichten" für eine neuartige Beschichtungstechnologie.

Präsident Holger Hanselka zeichnete bei der Jahresfeier zudem die Gewinner beim dritten Innovationswettbewerb NEULAND des KIT aus. Den ersten Platz in der Kategorie Ideenwettbewerb belegen Professor Wilhelm Schabel, Dr. Philip Scharfer, Marcel Schmitt und Ralf Diehm für ihr Projekt „Neuartige Schlitzdüsentechnologie zur Beschichtung von Lithium-Ionen-Batterien“.

 
 

Hintergrund: Lithium-Ionen Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für mobile und stationäre Anwendungen zur Speicherung von elektrischer Energie. 40% der Kosten dieser teuren Technologie entfallen laut unabhängigen Studien auf den Herstellprozess, mit der Elektrodenfertigung als einer der Hauptkostenverursacher.
Bei der Elektrodenherstellung werden hochviskose Pasten im Schlitzdüsenverfahren auf eine Trägerfolie beschichtet und in einem nachfolgenden Schritt intensiv kalandriert, d.h. verdichtet. Dies führt neben einer höheren Energiedichte zu einer Verbesserung der Zellleistung. Um einen Faltenwurf zwischen Elektrode und Randbereich zu verhindern wird eine Unterbrechung der Beschichtung (Intermittierende Beschichtung) gefordert. Der Stand der Produktionstechnik liegt hier bei einer Prozessgeschwindigkeit von ca. 25-30 m/min. In einer in 2014 erschienen Studie des VDMA (Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau) ist ein Forschungs- und Entwicklungsziel, diese Prozessgeschwindigkeit bis zum Jahr 2030 auf 100 m/min zu erhöhen, um damit Kosteneinsparungen bei der Zellherstellung möglich zu machen.

Dem Arbeitskreis „Thin Film Technology“ um Prof. Wilhelm Schabel, Dr. Scharfer und dem Team um die wissenschaftlichen Mitarbeiter Marcel Schmitt und Ralf Diehm am Institut für Thermische Verfahrenstechnik, ist es nach 3 jähriger Forschungsarbeit gelungen, ein völlig neues Verfahrensprinzip zur Patentreife zu entwickeln. Dieses Verfahrensprinzip ermöglicht Fertigungsgeschwindigkeiten von Batterieelektroden von über 100 m/min. Damit sind die Vorgaben des VDMA (Abb.1) schon heute erreicht, was national und international für großes Aufsehen gesorgt hat.
Im „Coating & Printing Lab“ am KIT wurde im Pilotmaßstab gezeigt, dass mit dieser neuen Technologie Produktionsgeschwindigkeiten von 100 m/min möglich sind und zugleich hervorragende Schichtqualitäten mit scharfen Start- und Stoppkanten, sowie sauberen Zwischenräumen realisiert werden können.

Weltweit arbeiten nur wenige einschlägige Arbeitsgruppen an diesem Forschungsthema und sind auf internationalen, fachbezogene Konferenzen vernetzt. Der Stand der Entwicklungen ist am KIT zurzeit weltweit führend mit der Technik. Die Idee entstand außerhalb einer Forschungsförderung. Der Ansporn war, die bestehenden technischen Grenzen durch ein komplett neuartiges Konzept zu überwinden. Hieraus entstand die erste KIT Erfindung Ende 2014. Mit neuen Verbesserungen und einem weiteren Patent, das diese Technologie schützt werden Gespräche zu einer Realisierung mit möglichen industriellen Partnern zurzeit angegangen.