ExZellTUM II - Exzellenzzentrum für Batteriezellen an der Technischen Universität München

Batteriezellen in elektrischen Energiespeichersystemen sind aktuell und auch in den nächsten Jahren die teuerste Komponente in einem Elektrofahrzeug. Die Energiedichte aktuell genutzter Zellen reicht nicht aus um Reichweiten von mehr als 500 km für massenmarkttaugliche Fahrzeuge zu ermöglichen. Die zentrale Herausforderung der Elektromobilität ist die Erhöhung der Energiedichte bei gleichzeitiger Kostensenkung. Neuartige Anoden- und Kathodenmaterialien sowie eine Optimierung der Produktion sind hierfür notwendig.

Im Rahmen des WING-Zentrums (Werkstoffinnovationen für Industrie und Gesellschaft) „Exzellenzzentrum für Batteriezellen an der Technischen Universität München“ wurden Kompetenzen in der Zellherstellung aufgebaut, sodass die komplette Prozesskette von vier Forschergruppen der TUM, dem Lehrstuhl für Technische Elektrochemie, der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz, dem Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften abgebildet wird.

Das WING-Zentrum bietet:

• die Möglichkeit zur Evaluierung neuer Materialien in Zellen (bis 5 Ah), zahlreiche in-situ und neuartige in-operando Untersuchungsmethoden wie, online elektrochemische Massenspektrometrie (OEMS),
• Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES), Neutronenkleinwinkelstreuung (SANS), Neutronendiffraktion (ND), Röntgendiffraktion (XRD),
• eine große Anzahl an Batterie-Testkanälen für Qualitäts- und Leistungstests sowie elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS)
• umfangreiche Erfahrung in der elektrochemischen Modellierung von Batterien,
• eine effektive Plattform zur Zusammenarbeit mit der Industrie.

Damit wurde die Basis geschaffen neue Materialien und Konzepte von den Grundlagen bis zur Anwendung zu untersuchen, was nun in einer zweiten Phase weiter vertieft werden soll. Das Ziel des WING-Zentrums ExZellTUM II ist die Erforschung und Optimierung von Silizium-Anoden und Hochvolt-Kathoden in großformatigen Lithium-Ionen-Zellen sowie die prozessübergreifende Optimierung der Fertigungsprozesse. Der Entwicklungsplan umfasst die Optimierung der Elektrodenstruktur und des Zelldesigns, die Verbesserung der Produktionsprozesse für Halbzeuge und des Zellzusammenbaus, grundlegende Untersuchungen zur Elektrolytbefüllung und Zellformierung sowie die Aufklärung der Alterungsmechanismen. Die für industrielle Anwendungen entscheidenden Herausforderungen des „Scale-Up“ von Zellen stehen im Zentrum der Forschung von ExZellTUM II.

Laufzeit

1.10.2016 - 31.10.2019

Danksagung