PUlsed Laser depoSition tEchnology for soLid State battery manufacturIng supported by digitalizatiON
Das Ziel der Europäischen Union, bis zum Jahr 2030 30 Millionen Elektrofahrzeuge auf die Straße zu bringen, kann nur durch eine groß angelegte europäische Produktion von hocheffizienten, hochleistungsfähigen Batterien erreicht werden. Dabei könnte die Weiterentwicklung von Solid-State-Batterietechnologien erhebliche Verbesserungen in Bezug auf die Energiedichte und Sicherheit mit sich bringen.
Die Massenfertigung von Festkörperbatterien steckt noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase. Damit diese Batterien den Anforderungen des Elektrofahrzeugmarktes hinsichtlich Kosten und Leistung gerecht werden können, ist die Etablierung eines standardisierten Herstellungsverfahrens erforderlich.
Das europäische Projekt PULSELiON (PUlsed Laser depoSition tEchnology for soLid State battery manufacturIng supported by digitalizatiON) hat zum Ziel, die Technologie der gepulsten Laserabscheidung zur Herstellung von Festkörperbatterien vom Labormaßstab hin zur praktischen Demonstration ihrer industriellen Anwendbarkeit zu bringen. Dieser Schritt ist bisher noch nicht erfolgt. Durch das Projekt werden europäische Hersteller in der Lage sein, Festkörperbatterien in größerem Maßstab herzustellen, zu verarbeiten und zu produzieren. Hierbei werden sowohl handelsübliche Materialien als auch neueste Spitzentechnologien verwendet. So soll der Herstellungsprozess für die nächste Generation von Festkörperbatterien (Generation 4b – Solid State Batteries) vorangetrieben und eine Batterie mit einem sulfidbasierten Elektrolyten, Kathodenmaterialien mit hoher Energiedichte und einer neuartigen Lithium-Metall-Anode entwickelt werden.
Die im Projekt PULSEDEON demonstrierte Technologie der gepulsten Laserabscheidung wird angepasst und zu einem einstufigen Vakuumverfahren modifiziert, um eine sichere und effiziente Herstellung von Lithiummetall-Anodenkomponenten, Schutzschichten und sulfidischen Festkörperelektrolyten zu ermöglichen. Die Kathodenschicht hingegen wird mittels herkömmlicher Nassverfahren produziert. Zu Beginn werden die Anoden- und Kathodenschichten im kleinen Maßstab entwickelt, um Knopfzellen und einlagige Pouchzellen herzustellen. Dieser Ansatz erleichtert die Optimierung der Materialien und Prozesse. Anschließend erfolgt die Entwicklung von Festkörperbatteriezellen unter Verwendung angepasster Prozessrouten. Diese Zellen werden dann in einem groß angelegten Maßstab (10 Ah) hergestellt, um den Nachweis des Pilotlinien-Konzepts (TRL 6) zu erbringen. Im Rahmen der Prozessmodellierung werden Daten aus dem Hochskalieren des Prozesses und den Zelltests einbezogen, was eine effiziente Prozessoptimierung ermöglicht.
Die Expert:innen des AIT werden mit ihrer Expertise in der Grenzflächenmodifikation von Batteriekomponenten und der Herstellung von Zellen in kleinem und großem Maßstab dazu beitragen, nasschemische Kathoden- und Elektrolytformulierungen zu entwickeln. Weiters werden sie die physikochemische und elektrochemische Charakterisierung von Batteriekomponenten und Vollzellen durchführen, um so für weitere Verbesserungen in Hinblick auf Sicherheit und Alterung zu sorgen.
AIT-Batterieforscher Artur Tron: „Das Projekt PULSELiON hat das Ziel, den Herstellungsprozess für die nächste Generation von Festkörperbatterien voranzutreiben und eine Batterie mit hoher Leistungsfähigkeit und Sicherheit zu entwickeln. Durch die Anpassung der gepulsten Laserabscheidungstechnologie ermöglichen wir eine effiziente und sichere Herstellung von Batteriekomponenten – damit wollen wir einen wesentlichen Beitrag zur Stärkung der europäischen Batterieproduktion leisten.“
Projektvideo
Dieses Projekt wurde durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon EUROPE der Europäischen Union unter der Fördervereinbarung Nr. 101069686 (PULSELiON) gefördert.
