Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen entwickelt im „EXIST“-Forschungstransfer-Projekt „LIMA“ ein neues Verfahren zur Schmelzbeschichtung für die Herstellung ultradünner Lithium-Metall-Anoden. Im Gegensatz zum kostenintensiven, in der Schichtdicke begrenzten und schwierig skalierbaren Stand der Technik, ermöglicht die neue Methode eine preiswerte und industriell umsetzbare Produktion von Lithium-Folien mit besseren elektrochemischen Eigenschaften.
Schmelzbeschichtung als Schlüsseltechnologie für Festkörperbatterien
Kern der Technologie ist die kontrollierte Applikation flüssigen Lithiums auf Substratfolie. Ultradünne LithiumMetall-Anoden gelten als Schlüsselkomponenten für Batterien der nächsten Generation – insbesondere für Festkörperbatterien –, da sie eine deutlich höhere Energiedichte erlauben. Diese ist essenziell, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu steigern und schwierig elektrifizierbare Anwendungen – etwa in der Luftfahrt oder in der Schifffahrt – zu ermöglichen. Konventionelle Lithium-Ionen-Batterien mit Graphit-Anoden stoßen indes allmählich an physikalische Grenzen. „Die neue Technologie verfügt über das Potenzial, eine europäische unabhängige Produktionskapazität für Lithium-Metall-Anoden zu schaffen“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker.
Intention des EXIST-Programms ist die Ausgründung eines Unternehmens, um Forschungsergebnisse mit Gründungspotenzial weiterzuentwickeln. Konkretes Ziel ist es, Fragen in Zusammenhang mit der Umsetzung wissenschaftlicher Ergebnisse in technische Produkte und Verfahren zu klären, die darauf basierende Geschäftsidee zu einem Geschäftsplan auszuarbeiten und die geplante Unternehmensgründung vorzubereiten. Das „LIMA“-Team besteht aus den Aachener Forschenden Gerrit Bockey, Jonas Gorsch, Junia Dietert und Hendrik Minis Pai.
Ressourceneffizienz und Skalierbarkeit im Fokus der Entwicklung
Mit dem „LIMA“-Verfahren lasse sich in hohem Maße Lithium einsparen – abhängig von der Ausgangsdicke der verwendeten Folien. Beim klassischen Prozedere werden Lithiumfolien mit Hilfe aufwendiger, mehrstufiger Walzprozesse hergestellt, bei denen 100 μm starke Folien auf 30 bis 70 μm ausgewalzt und anschließend auf Kupferfolie laminiert werden. Da viele Anwendungen jedoch nur 20 bis 25 μm benötigen, entsteht beim bisherigen Verfahren ein erheblicher Materialverlust.
Die „LIMA“-Methode erfordere indes kein Laminieren. Stattdessen werde ein Lithiumbarren aufgeschmolzen, was weitere Kostenvorteile mit sich bringe. „Im Gegensatz zu bestehenden Verfahren, die an der schwierigen Verarbeitbarkeit von Lithium scheitern oder die notwendige Schichtdicke nicht erreichen, nutzen wir die herausfordernden Materialeigenschaften gezielt“, sagt PEM-Experte Gerrit Bockey, designierter Co-CEO des Unternehmens „LIMA“. Die Technologie war im Rahmen der Dissertation des RWTH-Forschers entstanden. Neben der Materialeinsparung biete das Konzept eine höhere Prozesskontrolle und Flexibilität: Die Schichtdicke lasse sich präzise steuern – ohne eine bisher notwendige mechanische Nachbearbeitung.
