ExZellTUM III – Exzellenzzentrum für Batteriezellen an der Technischen Universität München

Das unter dem Akronym ExZellTUM III bekannte Forschungsquartett an der TUM führt seine Aktivitäten im Bereich der Batterieforschung fort. Es ist nun Teil des neuen Kompetenzclusters ExcellBattMat für innovative Batteriematerialen des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF). Das ExZellTUM-Konsortium, bestehend aus dem Lehrstuhl für Technische Elektrochemie (TEC), dem Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichersysteme (EES), der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) und dem Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb), bildet das vierte „ExcellentBattery-Zentrum“ (EBZ) neben Münster-Aachen-Jülich, Dresden und Ulm-Stuttgart. Der Auftrag in der deutschen Batterieforschung ist die Entwicklung, Charakterisierung und Erprobung neuer Materialkonzepte für Hochleistungsbatteriesysteme und die Kompetenzbündelung zur Sicherstellung einer künftigen weltweiten Spitzenposition Deutschlands.

Kurzfassung

Der Forschungsschwerpunkt am EBZ München liegt auf der Material- und elektrochemischen Charakterisierung sowie der Modellierung von Elektrodenmaterialien der nächsten Generation. Kathodenseitig werden kobaltarme und nickelreiche sowie überlithiierte Aktivmaterialien untersucht und mit einer Silizium-Graphitanode kombiniert. Durch die hohe spezifische Energiedichte von Silizium soll die Energiedichte der Zellen im Vergleich zur ausschließlich graphitbasierten Systemen gesteigert werden. Zusätzlich wird durch siliziumhaltige Materialsysteme (>70 wt.%) eine Verbesserung der Schnellladefähigkeit und der Lebensdauer verfolgt. Dem iwb kommt hierbei die tragende Rolle zu, die Produktion innovativer Materialsysteme auf Pilotmaßstab zu skalieren und großformatige Zellen zu fertigen. Hierdurch werden der Materialentwicklung essentielle Daten von industriell relevanten Zellen bereitgestellt. Zudem werden Elektrodenstrukturen auf Basis additiver Fertigung erzeugt sowie die Zusammensetzung der einzelnen Materialkomponenten für die Elektroden optimiert. Clusterübergreifend beschäftigt sich das iwb mit der Digitalisierung der Zellmaterialsysteme und der Standardisierung von Messverfahren.

Projektdetails

Innovatives Zelldesign durch additive Fertigungsverfahren

Das Ziel in diesem Bereich ist die Befähigung des Tintendrucks zur Verarbeitung von Elektrodensuspensionen. Durch den additiven Aufbau können ionenflussoptimierte Elektrodengeometrien hergestellt werden, welche mit konventionellen Fertigungsverfahren nur unter erhöhtem Aufwand oder gar nicht realisiert werden können.

Elektrolyteinfluss auf Benetzung und Zelleigenschaften

Der Fokus liegt hier auf der Identifikation des materialspezifischen Elektrolyteinflusses auf die Zellkennwerte und das Benetzungsverhalten. Hierfür werden Elektroden auf Basis innovativer Materialien gefertigt. Die produzierten Versuchsträger dienen zur genaueren Analyse der anwendungsbezogenen Idealmenge des Elektrolyten.

Digitalisierungsplattform für innovative Zellmaterialien

Das Zentrum der Digitalisierung bildet eine datenbankbasierte Plattform für innovative Materialsysteme. Clusterübergreifend werden mit mittels standardisierten Messverfahren Daten generiert und in der Materialplattform gespeichert. Die Daten aus dem gesamten ExcellBattMat-Cluster stellen eine umfangreiche Datenbasis für anschließende Auswertungen und Simulationen bereit.

Danksagung