Ein Forscherteam des Fraunhofer IWS hat ein Verfahren entwickelt, das eine besonders kostengünstige und umweltfreundliche Beschichtung von Batterieelektroden erlaubt.
Die DRYtraec-Technik erlaubt es, eine Elektrodenschicht direkt aus einem Trockengemisch, bestehend aus Aktivmaterial, Leitruß und Binder, herzustellen. Im Gegensatz zum konventionellen Slurry-Verfahren wird dabei kein Lösemittel eingesetzt. Eine spezielle Kalander-Vorrichtung erzeugt Scherkräfte in einem Walzenspalt und verankert so Partikel des Aktivmaterials und des Leitrußes durch die verbundene Fibrillierung des Bindemittels mechanisch. Geträgert auf den Kalanderwalzen entsteht eine komplett trockene Elektrodenschicht – die energie- und platzaufwendige Trocknung entfällt. Zudem gelingt die doppelseitige Beschichtung in einem Schritt durch den direkten Transfer von beiden Seiten auf die Stromkollektorfolien. Die lösemittelfrei hergestellten DRYtraec-Elektroden weisen eine herausragende Leistungsfähigkeit und Stabilität auf – ohne Einbußen gegenüber Slurry-basierten Elektroden.
Der einzigartige wissenschaftlich-methodische Ansatz des walzenbasierten Trockenfilm-Transferprozesses minimiert Produktionsrisiken und erleichtert die Skalierung zu größeren Beschichtungsbreiten und höheren Prozessgeschwindigkeiten. Die weltweit erste Prototypanlage wurde bereits 2013 konstruiert und die Technologie seitdem stetig weiterentwickelt. Die Anlage ermöglicht die kontinuierliche Prozessführung und Herstellung qualitativ hochwertiger Elektroden im Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Die Forscher haben für DRYtraec eine F&E-Plattform realisiert, die Industriekunden entlang der Wertschöpfungskette ein breites Angebot von der Erprobung bis zum Transfer in die kommerzielle Nutzung bietet. Mit der Lizenzierung der Technologie an ein führendes Unternehmen der europäischen Automobilindustrie ebnet dies den Weg zur weiteren Skalierung bis zur Massenproduktion.
Das DRYtraec-Verfahren ist auch für die wichtigen Batterietechnologien der Zukunft geeignet, wie etwa die Natrium-Ionen- oder die Feststoffbatterie. Die »Drop-In-Fähigkeit« zur Elektrodenherstellung wurde für diese Zellsysteme nachgewiesen.
Für diese zukunftsweisende Technologie werden die Wissenschaftler jetzt im Rahmen der Fraunhofer-Jahrestagung mit dem Joseph-von-Fraunhofer-Preis 2025 ausgezeichnet. (jr)
