Batterien für mobile und stationäre Anwendungen brauchen innovative Lösungen - die Battery Lab Factory Braunschweig bietet Wissenschaft und Industrie eine optimale Plattform für die Erforschung entlang der gesamten Wertschöpfungskette an. Ein Nordhäuser Unternehmen arbeitet zum Beispiel mit der Technischen Uni in Braunschweig zusammen...


Die Erforschung der Speicherung von Energie entlang der Wertschöpfungskette, ob für stationäre, mobile oder sonstige Anwendungen, ist der Schlüssel zur umfassenden Nutzung zukünftiger Energieformen.

Somit ist dies auch entscheidend für das Gelingen der eingeleiteten Energiewende und mehr Nachhaltigkeit in Deutschland. Wissen, Technologie, Know-how und Forschung sind die Kernelemente, um die Probleme der Erforschung und Entwicklung elektrochemischer Energiespeicher der nächsten und übernächsten Generation nachhaltig zu lösen und somit einen Beitrag für die energiebewusste und individualmobile Gesellschaft leisten zu können.

Eine flexible Plattform für Forschung & Entwicklung zu innovativen Energiespeichern ermöglicht Grundlagenforschung sowie die Pilotierung in der Battery Lab Factory Braunschweig:

Die Kooperationspartner Klima-Systems (Trockenräume) und Envites Energy aus Nordhausen (Lithiumbatterien und Service) kooperieren auf dem Gebiet von Lösungen und Optimierungen für Trockenräume und Prozesse für die nächste Generation von Speichern. Referenzen in Forschung und Entwicklung sind in der deutschen Spitzenforschung, Anwendung geschaffen worden oder sind derzeit in Umsetzung/Planung.

Exemplarisches Beispiel aus dem Bereich der deutschen Spitzenforschung ist die BatteryLab Factory Braunschweig (BLB) der Technischen Universität Braunschweig in Kooperation mit der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB). In der BLB wird auf die individuellen Anforderungen der Industrie eingegangen. Prozesse sowie Materialien werden in der Batteriefertigung variiert, um verschiedenste Einflussfaktoren entlang der gesamten Prozesskette zu verstehen und zu optimieren.

Die Energiespeicher werden immer leichter und leistungsfähiger. In Kürze sind neue Li-Ionen Zellsysteme verfügbar, die quasi bei gleichem Volumen mehr Energie bieten. Dies wird nicht nur durch den Trend der Hybridisierung gefordert, sondern die Lithiumbatterien bieten durch neue Materialien und Innovationen weiterhin auch ein außerordentlich hohes Innovationspotenzial bspw. für mobile Geräte im Bereich der Konsumerelektronik und anderer Anwendungen.

Damit diese Lösungen zu Lithium-Ionen Batterien erforscht, entwickelt und produziert werden können, gilt es teils neue Wege zu gehen und Rahmenbedingungen zu schaffen, die nicht zuletzt selbst effizient und ein hohes Maß an Verfügbarkeit bieten müssen. Die Battery LabFactory Braunschweig (BLB) ist eine sehr flexibel ausgerichtete Forschungseinrichtung. Elektroden und Batteriezellen für mobile und stationäre Anwendungen werden bereits seit 2008 in Braunschweig erforscht und entwickelt. Der ganzheitliche Ansatz der nachhaltigen Produktion umfasst die Materialvorbehandlung, modernste Prozesstechnologien zur Elektroden- und Zellfertigung und das Recycling der Batteriezellen. Mehr als 1.000 verschiedene Batteriefertigungsvarianten eröffnen Wissenschaft und Industrie neue Perspektiven.

Um die Forschung noch effektiver und industrienäher durchzuführen, entsteht derzeit ein 1.000 m² großes Entwicklungszentrum mit 150 m² Trockenraum zur systemischen Untersuchung der Elektroden- und Zellproduktionsprozesse, gefördert durch das Land Niedersachsen und die EU. Ab Herbst 2014 wird die neue Forschungsumgebung bezogen, wobei die bereits etablierten Prozess- und Produktionstechnologien der einzelnen Institute dabei ihren Platz wechseln. Dann wird die vollständige Prozesskette für die (teil-)automatisierte Fertigung großformatiger Batteriezellen in einer Räumlichkeit abgebildet. Das besondere Trockenraum-Konzept bietet hierbei die Grundlage für Produktionsprozesse unter konstanten Umgebungsbedingungen.

Denn Typentreue, Qualität und Zuverlässigkeit von ionischen Batterien wie Lithium und Lithium-Ionen Batterien werden entscheidend in ihrer unmittelbaren wie mittelbaren Herstellungsumgebung und Produktionslogistik der Komponenten in allen Phasen der Wertschöpfung geprägt.

Der Fokus liegt daher auf der Entwicklung und Analyse von Materialien für Lithium-Batterien sowie neuen Herstellungsverfahren für Lithium-Ionen-Akkus mit höherer Leistung, verbesserter Sicherheit und längerer Lebensdauer. Andererseits spielt aber auch die nachhaltige Produktion, Effizienz sowie Risikominimierung und nicht zuletzt die hohe Verfügbarkeit der Anlagen eine entscheidende Rolle. Die Forschung an der Zellfertigung von Lithium-Ionen Batterie Prototypen erfolgt sowohl in  Labor-Umgebungen als auch in Trockenräumen für die Mengenproduktion.

Die BLB führt die wissenschaftliche Untersuchung der gesamten Fertigungskette von der Herstellung der Elektroden über die Zelle, das Modul bis hin zur Systemintegration durch. Lebenszyklusuntersuchungen, Diagnoseverfahren und Modellbildung flankieren die gesamte Prozesskette. In diesem komplexen Prozess werden Produktionseinflüsse, neue Materialien sowie alternative Fertigungsverfahren analysiert und deren Wirkung auf die Leistungsfähigkeit der Batteriezellen bestimmt. Die Luftfeuchtigkeit spielt z.B. als Einflussfaktor im Fertigungsprozess eine entscheidende Rolle.

Um eine Luftfeuchtigkeit entsprechend einem Taupunkt von - 50 °C im Raum oder vertieft zu halten, u.a. auch dann, wenn viele Personen dort gleichzeitig arbeiten, sind spezifisch ausgelegte Prozesse, Strategien und auch Ausrüstungen zwingend erforderlich. Derartige Prozesse und Auslegungen reduzieren nicht nur die Energiekosten, sondern tragen auch zur Stabilität und Langlebigkeit der Anlagen bei.

Herzstück der Luftbehandlungsanlage ist ein Hochleistungs-Entfeuchtungsrotor von Munters, der mit Hilfe einer speziellen Luftführung sowohl die sehr trockene Luft bereitstellt, als auch für niedrigste Energieverbräuche sorgt. Es handelt sich um ein geschlossenes Kreislaufkonzept, welches den Falschlufteintrag in die Anlage so gering wie möglich hält. Falschluft würde hohe Feuchtelasten in das System bringen, was den Energieverbrauch unnötig erhöht.
Diese Auslegung reduziert nicht nur die Energiekosten sondern senkt auch die Belastungen für Rotor und Dichtungssystem.

Die stetige Verbesserung der Lithium Batterie Herstellung vor dem Hintergrund immer anspruchsvollerer Kundenanforderungen soll, gemeinsam mit Partnern aus der Forschung, der Industrie und Anwendung, gezielt im BLB adressiert werden. Als Beitrag zum Gelingen der Energiewende.