ProKal - Prozessmodellierung der Kalandrierung energiereicher Elektroden

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Description

Entscheidend für den Erfolg von mobilen Energiespeichern sind deren volumetrische und gravimetrische Energiedichte. Zu deren Erhöhung werden einerseits hochkapazitive Aktivmaterialien entwickelt, andererseits können deutliche Steigerungen durch hohe Aktivmaterialanteile und Massenbeladungen erzielt werden. Den entscheidenden Einfluss auf die resultierende volumetrische Energiedichte hat der Prozess der Verdichtung: die sogenannte Kalandrierung. Neben der signifikanten Verringerung des Schichtvolumens führt die Verdichtung zur deutlichen Steigerung der elektrischen Leitfähigkeit auf der Kathodenseite. Weiterhin können mechanischen Eigenschaften wie Haftfestigkeit und Elastizität verbessert werden. Die deutliche Verringerung der Porosität reduziert jedoch die für die Ionendiffusion notwendigen Transportkanäle. Ein wichtiges Ziel der Kalandrierung ist dementsprechend die Optimierung der Porenstruktur. Folglich ist das Prozessverständnis entscheidend, um gezielt die optimale Poren- und Partikelstruktur und günstige mechanische Eigenschaften einstellen zu können. Hier setzt das Projekt ProKal an. Im Rahmen des Vorhabens soll auf Basis der Kenntnisse des iPAT das Verständnis der Prozess-Struktur-Eigenschaft-Beziehung der Kalandrierung von energiereichen, kontinuierlich und insbesondere auch absatzweise beschichteten Kathoden sowie Anoden mit hohen Flächengewichten und hochkapazitiven Aktivmaterialien weiterentwickelt werden. Anoden und Kathoden mit der vielversprechendsten Struktur sollen miteinander zu Batteriezellen verbaut und elektrochemisch, insbesondere am MEET impedanzspektroskopisch, untersucht werden, um die Elektroden und die Batteriezelle hinsichtlich der erzielten Energiedichte sowie der elektrochemischen Leistungsfähigkeit zu bewerten. Auf Basis der langjährigen Erfahrung des iwb in der Optimierung des dynamischen Verhaltens von Werkzeugmaschinen soll neben den in Braunschweig und Münster betrachteten Prozess-Struktur-Eigenschaftst-Beziehungen die Wechselwirkung zwischen der Maschinendynamik, den Prozessparametern und den Materialeigenschaften untersucht werden. Im Ergebnis des Vorhabens sollen Ergebnisse vorliegen, die perspektivisch eine Batteriezellproduktion in Deutschland unterstützen sollen.