Kleine Batterie, höhere Energiedichte

Laserbasiertes Verfahren verbessert Ladefähigkeit von Batterien

Forscher der Hochschule Aalen haben ein Patent angemeldent, um die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern. Das Patent ist ein Ergebnis des Forschungsvorhabens namen „structur.e“ an der Hochschule Aalen. In diesem Projekt beschäftigen sich die beiden Forscherteams vom LaserApplikationsZentrum (LAZ) und dem Institut für Materialforschung (IMFAA) Aalen mit der Frage, wie sie die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien verbessern können – etwa um lästige Wartezeiten an den Ladesäulen für Elektroautos zu verkürzen. Sie setzen dabei unter anderem auf ein laserbasiertes Verfahren.

Verdichtete Elektroden laden schlechter

Max-Jonathan Kleefoot und Jens Sandherr sind die beiden Doktoranden am LAZ und am IMFAA, die seit 2019 beim Projekt forschen. Sie erläutern, worum es genau geht: „Eine Batterie sollte möglichst klein sein und dennoch möglichst viel Energie speichern können.“ Presse man die Elektroden im Innern einer Batterie zusammen und verdichte diese, passe – vereinfacht gesagt – mehr elektrische Energie hinein: „Dann steht man aber schon vor der nächsten Herausforderung: Die Batterie enthält nun zwar mehr Energie auf einem kleineren Volumen, lässt sich aber dafür schlechter wieder aufladen.“

Der Markt für Batterien wächst rasant

Vor allem die Autoindustrie brauche für den wachsenden Markt der Elektromobilität Traktionsbatterien, die möglichst viel Energie in möglichst kurzer Zeit aufnehmen könnten. Wie schafft man es also, mehr Energie in noch kürzerer Zeit in eine solche Batterie zu bekommen? So lautet übersetzt die Fragestellung, an der die Hochschule Aalen im Rahmen des Forschungsvorhabens „structur.e“ mit neun weiteren Kooperationspartnern – etwa dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) und der Trumpf Laser GmbH – arbeitet. Projektkoordinator des vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) geförderten Projekts ist die VW AG.

Laser raut Elektrodenoberfläche auf

Kleefoot und Sandherr haben auf der Suche nach der Antwort eine ganze Reihe von Versuchen durchgeführt: „Wir haben mit dem Laser die Oberflächen der Elektroden im Innern der Batterien aufgeraut und perforiert, um den Austausch der Lithium-Ionen zwischen den Elektroden beim Be- und Entladen zu verbessern“, erklärt Kleefoot. Untersuchungen zur Schnellladefähigkeit deuten darauf hin, dass die so bearbeiteten Batterien spürbar schneller geladen werden können.

Auch nachfolgende Prozessschritte werden vereinfacht

„Die Ergebnisse sind äußerst vielversprechend“, zieht auch Volker Knoblauch eine positive Zwischenbilanz. Der Professor ist Projektleiter des Vorhabens und Mitglied der Institutsleitung des IMFAA der Hochschule Aalen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt, der sich durch die Laserbearbeitung der Batterieelektroden abzeichne, sei die Zeitersparnis bei nachfolgenden Prozessschritten der Zellherstellung, so Knoblauch. Mehr wollen die Forscher dazu allerdings noch nicht sagen – zu frisch sind diese Ergebnisse. Im weiteren Projektverlauf sollen die bislang überwiegend an Laborzellen erarbeiten Ergebnisse nun auf größere Zellen übertragen und so die nächsten Schritte zu einer möglichen Industrialisierung des Verfahrens gegangen werden.