Einblick in die Festkörperbatterie-Produktionsstraße in Braunschweig: Hier wird künftig auch verstärkt an den Alterungsprozessen von Batteriezellen geforscht.

Bild: Pixabay, acunha1973 / Video: TU Braunschweig

Alterungsprozesse in Batteriezellen Wenn die Batterie schlapp macht

17.04.2020

An der Battery LabFactory Braunschweig entsteht eine Batterie-Diagnosestraße, in der Alterungsprozesse von Batteriezellen untersucht werden. Mit den gewonnenen Erkenntnissen wollen die Forscher die Batterieproduktion gezielt anpassen, um die Zellen länger fit zu halten.

Die Diagnosestraße erweitert die bereits vorhandene Infrastruktur der Battery LabFactory Braunschweig (BLB). Sie ermöglicht die reproduzierbare, systematische Alterungsanalyse, da die Strukturen und Daten von den dort produzierten Elektroden und Zellen genau bekannt sind. Damit lassen sich die Güte von Produktionsparametern mit der Zellanwendung, also der Art der Belastung bei der Nutzung, in Zusammenhang bringen.

Die Braunschweiger Forscher erhalten so ein detailliertes Verständnis über Mechanismen und Prozesse, die zur Alterung von Batterien und schließlich zum Batterielebensende führen. Damit wollen sie dann bestehende Produktionsprozesse und Zellkonfigurationen verbessern, neue Materialien entwickeln und Modelle für Alterungssimulationen erstellen, aus denen sich Lebensdauerprognosen und Nutzungsprofile ableiten lassen. In Zukunft erleichtert das, maßgeschneiderte Elektrodenstrukturen und Zellen zu produzieren sowie den Einfluss der Materialien im Detail zu verstehen.

Batterienutzung gezielt nachstellen

Für die Diagnosestraße in der BLB werden in einem zusammenhängenden System sogenannte Gloveboxen aufgebaut. Dabei handelt es sich um Handschuhkästen, die vom Arbeitsraum hermetisch und gasdicht abgeschlossen und mit Messgeräten ausgestattet sind. Die Gasdichtheit der Anlage ist nötig, da die Aktivmaterialien der einzelnen Batteriekomponenten mit Luft reagieren.

Zunächst werden die Zellen bestimmten Betriebsszenarien und Umweltbelastungen ausgesetzt, um deren Nutzung gezielt nachzustellen. Nach der Öffnung der Batterien untersuchen die Forscher Veränderungen an Elektroden, Elektrolyt und Separatoren in physikalisch-elektrochemischen Analysen. Hier geht es um klimatische, mechanische, chemische, elektrische und elektrochemsiche Einflüsse. Um den Alterungsmechanismen noch genauer auf die Spur zu kommen, können „gealterte“ und neue Komponenten und Materialien wieder zu neuen Zellen zusammengebaut, also reassembliert, werden.

Der Aufbau der Diagnosestraße wird von der Regionalen Strukturförderung der Europäischen Union (EFRE) für die Projektlaufzeit vom 1. Oktober 2019 bis 31. Oktober 2021 mit 500.000 Euro gefördert.

Bildergalerie

  • Arbeit an einer Glovebox: Sie ist hermetisch und gasdicht vom Arbeitsraum abgeschlossen und mit Messgeräten ausgestattet.

    Bild: Marisol Glasserman, TU Braunschweig

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