Für die erfolgreiche Elektrifizierung des mobilen Sektors sind leistungsfähige Batteriezellen eine entscheidende Voraussetzung. Nun haben Forschende des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT in Aachen innovative laserbasierte Technologien für die Fertigung von Lithium-Ionen-Akkus entwickelt. Die auf der HANNOVER MESSE 2023 vorgestellte Lösung bietet deutlich kürzere Ladezeiten und eine längere Lebensdauer als auf herkömmliche Weise hergestellte Lithium-Ionen-Akkus. Zudem soll durch die laserbasierte Trocknung die wasserbasierte Elektrodenbeschichtung in der Fertigung deutlich energieeffizienter werden.

Trocknung per Diodenlaser

Bei der Herstellung der Elektroden für Lithium-Ionen-Akkus wird bisher meist eine Kupferfolie mit Graphitpaste beschichtet und anschließend im Durchlaufofen bei 160 bis 180 Grad Celsius getrocknet. Die 60 bis 100 Meter langen Öfen nehmen nicht nur viel Platz in der Produktion ein, sie benötigen auch sehr viel Energie. Die Fraunhofer-Expertinnen und -Experten haben nun eine Anlage entwickelt, in der ein Diodenlaser die Trocknung übernimmt. Der Laserstrahl wird durch eine spezielle Optik erweitert, welche die Elektrode großflächig belichtet. Das tiefschwarze Graphit absorbiert die Energie des Laserstrahls. Durch die einsetzende Wechselwirkung erwärmen sich die Graphitpartikel und die Flüssigkeit verdampft. Im Vergleich zu den Durchlauföfen benötigt der Diodenlaser um bis zu 50 Prozent weniger Energie, zugleich gibt die Anlage kaum Hitze nach außen ab und benötigt deutlich weniger Platz.

Kleine Kanäle sorgen für besseren Ionenfluss

Dem Team am Fraunhofer ILT ist es darüber hinaus gelungen, die Leistungsdichte und die Lebensdauer der Lithium-Ionen-Akkus zu verbessern. Ein High-Power Ultrakurzpulslaser (UKP) mit 1 Millijoule Pulsenergie bringt eine Lochstruktur – die sogenannten Channels – in die Batterieelektrode ein. Diese Channels reduzieren die Wegstrecke der Ionen und sorgen so für einen schnelleren Ladeprozess. In der Folge steigt auch die Zahl der möglichen Ladezyklen und letztendlich die Lebensdauer der Batterie.

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