Batterieforschung made in Itzehoe

Im FAB-SH entwickelt man Batterien, die kostengünstiger, langlebiger und effektiver sind

Leistungsfähige Batterien nehmen im Rahmen der Energiewende eine immer größere Rolle ein, denn sie speichern den Strom, der grün produziert wird. Sei es in Elektroautos, für die Photovoltaikanlage auf dem Dach oder auch als große Speicher der Stromnetze. Der Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien ist größer denn je. Und sie müssen kostengünstig, langlebig und effizient sein. In Itzehoe entsteht als Teil des Fraunhofer ISIT hierzu ein Forschungszentrum: das FAB SH. Im vergangenen Jahr überreichte Ministerpräsident Daniel Günther einen Förderbescheid in Höhe von 3,2 Millionen Euro. Die Büroräume sind bereits bezogen, die Labore noch nicht. Gearbeitet wird bereits auf Hochtouren. Wir sprachen mit Jannes Ophey, wie das FAB SH an der Weiterentwicklung für Batteriespeicher arbeitet. 

WTSH-Online Redaktion: Herr Ophey, Sie forschen am FAB-SH – einem neuen Batterieforschungszentrum in Itzehoe. Wie tragen Sie dazu bei, Lithium-Ionen-Batterien kostengünstig, langlebig und effektiv zu entwickeln? 
 
Jannes Ophey: Die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien erfolgt in vielen aufeinanderfolgenden Prozessschritten. Die konventionelle lösemittelbasierte Elektrodenfertigung liefert sehr gute Ergebnisse, ist aber gekennzeichnet durch einen hohen Ressourcen- und Energieverbrauch. Daher arbeiten wir daran, dass die Produktion kostengünstiger und umweltschonender ablaufen kann und setzen dabei auf eine lösungsmittelfreie Fertigung der Elektroden. Denn kostengünstige und zugleich umweltfreundliche Produktionsmethoden sind ein Muss für die zukünftige Batteriezellfertigung, um die zahlreichen Anwendungsfelder zu bedienen. 
 
WTSH-Online Redaktion: Können Sie uns dieses Verfahren in kurzen Worten einmal bildhaft erläutern? 

Jannes Ophey: In der Regel werden Elektrodenfolien in größerer Menge in einem „Rolle-zu-Rolle-Prozess“ gefertigt. Das sieht wie folgt aus: In Beschichtungsanlagen wird das auf großen Rollen befindliche Trägermaterial über eine Anzahl von Walzen kontinuierlich abgewickelt und mit dem Elektrodenmaterial beschichtet. Dabei wird eine Suspension aus Lösungsmittel, Aktivmaterial und einem Binder, der für die Haftung des Materials sorgt, auf eine Metallfolie aufgetragen. Anschließend durchläuft die beschichtete Elektrodenfolie einen Trocknungsofen und wird schließlich auf eine andere Rolle wieder aufgewickelt. Diese Anlagen sind sehr groß; sie können in Abhängigkeit von der Dauer der Trocknungsprozesses bis zu hundert Metern lang sein. 

WTSH-Online Redaktion: Das hört sich nach einem aufwändigen Verfahren an, was machen Sie anders?  
 
Jannes Ophey: Dieses Produktionsverfahren hat verschiedene Nachteile: das Herstellen der Suspension dauert sehr lange, das Lösemittel ist umweltschädlich und aufgrund der langen Trocknungszeit in dem Ofen ist der Prozess selbst sehr energieaufwändig. Darum setzen wir auf ein lösungsmittelfreies Trockenbeschichtungsverfahren. Hierfür wird zunächst ein spezielles Pulvergemisch hergestellt, das dann gleichmäßig auf das Trägermaterial aufgebracht wird. Die Pulverauftragsmenge lässt sich durch die Streuparameter sowie über die Durchlaufgeschwindigkeit der Trägerfolie in der Maschine genau einstellen. Im Prinzip standen wir vor der gleichen Herausforderung wie ein Konditor, der möglichst gleichmäßig, ohne Klümpchen Puderzucker auf seinem Kuchen verteilen möchte. Anschließend wird in einem kurzen Temperaturprozess das Material auf dem Träger fixiert. 


WTSH-Online Redaktion: Klingt vielversprechend. Inwieweit ist dieses Verfahren kostengünstiger?  

Jannes Ophey: Bei vergleichbaren elektrochemischen Eigenschaften zu Elektroden aus etablierter Herstellung, ermöglicht dieses neue Verfahren zukünftig nicht nur deutlich kompaktere Produktionsanlangen, sondern auch Primärenergieeinsparungen von bis zu 50 Prozent, da die langen und energieintensiven Trocknungsstrecken bei der Fertigung wegfallen. Sowohl die zeitlichen Einsparungen beim Herstellen der Pulvermischung als auch der durch den Wegfall der Trocknung deutlich reduzierte Energiebedarf bei der Beschichtung bieten optimale Voraussetzungen zur Reduktion von Ressourcen- und Kostenaufwand. 

Fazit:  

Die Trockenbeschichtungstechnologie des FAB SH hat das Potential, die Kosten und Emissionen der Elektrodenherstellung gegenüber den heute üblichen Verfahren deutlich zu senken. Der am ISIT entwickelte Prozess leistet damit einen direkten Beitrag zur Entwicklung wirtschaftlicher und umweltfreundlicher Speichertechnologien für mobile und stationäre Anwendungen. Mit dem Innovationsschub des FAB SH, sowie der Bündelung seiner breit aufgestellten Kompetenzen auf dem Feld der Speichertechnologien nimmt der echte Norden eine Spitzenplatz in der Batterietechnologie ein.  

Das Interview führte Ute Leinigen

FAB SH

  • Standort: Itzehoe 
  • Beschäftige: 24 (inkl. Studenten) 
  • Gründung/Eröffnung: 2024 
  • Branche: Erneuerbare Energien 
  • Services/Forschungsschwerpunkt: Batterietechnologie 

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