Batterien sind eine Schlüsseltechnologie für die wachsende Zahl der Elektrofahrzeuge und spielen für die Wertschöpfung eine wichtige Rolle. Derzeit findet die Fertigung hauptsächlich in Asien und Nordamerika statt. Mit dem Projekt ZellkoBatt soll sich das ändern: In dem im März 2020 gestarteten Vorhaben wollen Forscherinnen und Forscher des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) großformatige Lithium-Ionen-Zellen für automobile Anwendungen optimieren und gleichzeitig die Kosten von Komponenten und Fertigungsprozessen senken.
Die Ergebnisse sollen auf die bereits seit dem Jahr 2014 betriebene, seriennahe ZSW-Forschungsproduktionslinie übertragen und auf einen massentauglichen Maßstab gebracht werden. Damit soll eine weitere Brücke von der prototypischen Demonstration zur industriellen Massenproduktion in Deutschland geschlagen werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert das Vorhaben mit 12,7 Millionen Euro über zwei Jahre.
„Die Elektromobilität wird die Zulieferindustrie für die Automobilwirtschaft sehr stark verändern“, sagt Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens, Leiterin der Batterieforschung am ZSW. „Wir müssen alles daransetzen, die Entwicklung und Produktion von Batteriesystemen zügig voranzutreiben, um die Zukunftsfähigkeit des Automobillandes Deutschland zu sichern. Mit dem Projekt ZellkoBatt erweitern wir unsere bestehende Technologieinfrastruktur um den Transfer innovativer Batteriezellen in die industrielle Massenproduktion zu beschleunigen“.
Produktion – Qualität – Performance – Kosten optimieren
Im Projekt „Entwicklung, Aufbau und Validierung von fortschrittlichen Material-, Zell- und Produktionssystemen für eine kosteneffiziente, nachhaltige und großskalige Batteriezellproduktion (ZellkoBatt)“ streben die ZSW-Forscher eine deutliche Verbesserung von Lithium-Ionen-Zellen gegenüber dem jetzigen Stand der Technik an. „Hierfür soll das langjährige verfahrens- und produktionstechnische Know-how um großformatiger Pouch- und PHEV-2-Zellen bis 80 Amperestunden sowie um Rundzellen vom Typ 21700 erweitert werden“, erklärt Dr. Wolfgang Braunwarth, Leiter des Fachgebiets Produktionsforschung am ZSW.
Darüber hinaus will das ZSW die Möglichkeiten der Digitalisierung der Zellproduktion ausbauen: Über eine cloudbasierte Datenschnittstelle können Daten für weitere Forschungszwecke, beispielsweise zur Modellierung und Simulation der Produktion oder zur intelligenten Prozesssteuerung durch maschinelles Lernen, genutzt und an externe Partner übertragen werden. Damit kann künftig schneller sowohl auf die Anforderungen der Industrie als auch auf neue Erkenntnisse der Forschung reagiert werden.
Massenproduktion etablieren
Die Mobilität von morgen soll klimaneutral und möglichst emissionsfrei sein. Elektrofahrzeuge bieten ein enormes Potenzial zur CO2-Reduzierung, weil immer mehr Strom aus erneuerbaren Energien gewonnen wird. Ziel der Bundesregierung ist es, den Bestand auf bis zu zehn Millionen Elektrofahrzeuge in Deutschland bis 2030 zu steigern. Das Herzstück von Elektrofahrzeugen bildet der Akku. Während asiatische Wettbewerber den Markt dominieren, weil sie seit Jahren massiv in die Erweiterung ihrer Massenfertigungen von Batteriezellen investieren, kommen die Fertigungen in Deutschland bislang kaum über den Status von Pilotlinien bzw. Kleinserienfertigungen hinaus. Ein Problem sind dabei die hohen Investitionen für den Aufbau einer Massenproduktion, insbesondere dann, wenn die Serientauglichkeit der Produkte noch nicht nachgewiesen ist. ZellkoBatt soll dazu beitragen, dieses Problem zu lösen, damit deutlich mehr Bewegung in den Aufbau von Produktionskapazitäten in Deutschland kommt, um die wachsende Nachfrage nach Batterien bedienen zu können.
Informationen zu ZellkoBatt
Im Forschungsprojekt ZellkoBatt arbeiten Forschende des ZSW daran, die bestehende Infrastruktur um Maschinen und Anlagen zur hocheffizienten Massenproduktion von Lithium-Ionen-Zellen zu erweitern und optimierte Fertigungsprozesse dafür zu entwickeln. ZellkoBatt bildet einen Baustein im Dachkonzept „Forschungsfabrik Batterie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und in der Hightech-Strategie 2025 der Bundesregierung zum Aufbau einer wettbewerbsfähigen Batteriezellproduktion in Deutschland.
