Laser verbessert Ladefähigkeit von Batterien

Karriere 09. 10. 2021
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Forscher der Hochschule Aalen reichen laserbasiertes Verfahren zur Patentierung ein

Halbzeit beim Forschungsvorhaben structur.e an der Hochschule Aalen mit vielversprechenden Ergebnissen nach knapp zwei Jahren Projektdauer: Die beiden Forscher-Teams vom LaserApplikationsZentrum (LAZ) und dem Institut für Materialforschung (IMFAA) Aalen beschäftigen sich in diesem vom Bundesministerium für Wirtschaft (BMWi) mit rund einer Million Euro geförderten Projekt mit der Frage, wie sie die Schnellladefähigkeit von Lithiumionenbatterien verbessern können – etwa um lästige Wartezeiten an den Ladesäulen für Elektroautos zu verkürzen. Sie setzen dabei unter anderem auf ein laser­basiertes Verfahren, das bereits zum Patent angemeldet wurde.

Eine Batterie sollte möglichst klein sein und dennoch möglichst viel Energie speichern können, so Max-Jonathan Kleefoot und Jens Sandherr. Die beiden Doktoranden am LAZ und IMFAA forschen gemeinsam zu diesem Thema seit dem Start des Projekts ­structur.e im Jahr 2019. Presse man die Elektroden im Innern einer Batterie zusammen und verdichte diese, passe – vereinfacht gesagt – mehr elektrische Energie hinein: Dann steht man aber schon vor der nächsten Herausforderung: Die Batterie enthält nun zwar mehr Energie auf einem kleineren Volumen, lässt sich aber dafür schlechter wieder aufladen.

Vor allem die Autoindustrie brauche für den wachsenden Markt der Elektromobilität Traktionsbatterien, die möglichst viel Energie in möglichst kurzer Zeit aufnehmen ­könnten. Wie schafft man es also, mehr Energie in noch kürzerer Zeit in eine solche Batterie zu bekommen? So lautet übersetzt die Fragestellung, an der die Hochschule Aalen im Rahmen des Forschungsvorhabens structur.e mit neun weiteren Kooperationspartnern – etwa dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) oder der TRUMPF Laser GmbH – arbeitet. Projekt­koordinator des vom BMWi geförderten Projekts ist die VW AG.

Vielversprechende Ergebnisse nach Laserbearbeitung der Elektroden

Kleefoot und Sandherr haben auf der Suche nach der Antwort eine ganze Reihe von Versuchen durchgeführt: Sie haben mit dem Laser die Oberflächen der Elektroden im Innern der Batterien aufgeraut und perforiert, um den Austausch der Lithiumionen zwischen den Elektroden beim Be- und Entladen zu verbessern. Untersuchungen zur Schnellladefähigkeit deuten darauf hin, dass die so bearbeiteten Batterien spürbar schneller geladen werden können.

Die Ergebnisse sind nach Aussage von Prof. Dr. Volker Knoblauch äußerst vielversprechend. Er ist Projektleiter des Vorhabens und Mitglied der Institutsleitung des IMFAA der Hochschule Aalen. Ein weiterer positiver Nebeneffekt, der sich durch die Laserbearbeitung der Batterieelektroden abzeichne, sei die Zeitersparnis bei nachfolgenden Prozessschritten der Zellherstellung, so Knoblauch. Mehr wollen die Forscher dazu allerdings noch nicht sagen – zu frisch sind diese Ergebnisse. In dem weiteren Projektverlauf sollen die bislang überwiegend an Laborzellen erarbeiten Ergebnisse nun auf größere Zellen übertragen und so die nächsten Schritte zu einer möglichen Industrialisierung des Verfahrens gegangen werden. Das laserbasierte Verfahren wurde bereits zum Patent ­angemeldet.

Text zum Titelbild: Doktorand Max-Jonathan Kleefoot hat an der Hochschule Aalen ein Laserverfahren mitentwickelt, mit dem man in eine Batterie mehr Energie packen kann(Foto: Jan Walford)

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