Von überall lernen: Battery Basics mit Anna Weichert

Der zweite Monat des Jahres ist bereits zur Hälfte verstrichen: Eine gute Gelegenheit, innezuhalten und die eignen Jahresvorsätze unter die Lupe zu nehmen. Standen Themen wie Weiterbildungen oder Wissenserweiterung eventuell auch auf der Liste? Dann ist jetzt der ideale Zeitpunkt, aktiv zu werden.  

Unsere Expertin Anna Weichert nimmt Sie mit in die Welt der Batteriezellforschung und -entwicklung. Als wissenschaftliche Mitarbeiterin im Bereich »Zelldesign« an der Fraunhofer FFB ist sie hervorragend gerüstet, Einsteiger*innen und Fortgeschrittene aus diversen Branchen einen umfassenden Rundumblick zum Thema Batteriezelle zu gewähren. Profitieren Sie von ihrem fundierten Fachwissen zu aktuellen Materialien und modernen Forschungsansätzen für Lithium-Ionen. Tauchen Sie mit uns ein in die faszinierende Welt der Zukunftstechnologie Batteriezelle und erhalten Sie einen Rundumblick – vom geschichtlichen Hintergrund, Bestandsmaterialien, Aufbau, Batterietypen und Fertigungsansätzen für Lithium-Ionen-Zellen. 

In unserer modernen Hochleistungsgesellschaft sind Energiespeicher relevanter denn je, denn sie helfen, Angebot und Nachfrage erneuerbarer Energien anzugleichen, ermöglichen eine CO₂-neutrale Mobilität und bilden die Grundlage für die vielfältige Elektronik, die unseren Alltag prägt. 

Um die Funktionsweise heutiger Batteriezellen zu verstehen, beginnt das Modul mit einem Blick in die Geschichte der Batterietechnologie und erklärt die Entwicklung der Zelle beginnend bei der  Volta´schen Säule, über das Daniell-Element bis hin zu den leistungsstarken nickelreichen Kathoden und Lithium-Ionen-Zellen moderner Systeme. Deutlich wird dabei: Wiederaufladbare Energiespeicher haben ihren Energiegehalt über die letzten Jahrzehnte kontinuierlich gesteigert, und lithiumbasierte Batterien bieten heute die höchste spezifische Energiedichte. Entsprechend finden sie vielseitig Verwendung, z.B. in der Unterhaltungselektronik, industriellen Anwendungen, Elektrofahrzeugen und elektrischen Werkzeugen.  Das Zelldesign bestimmt dabei maßgeblich die Batterieeigenschaften und kann Energie- und Leistungsdichte sowie das Sicherheitsverhalten beeinflussen. Unterschieden wird dabei zwischen drei Zellformaten. Eine Prismatische Zelle weist, bedingt durch ihr Metallgehäuse, welches Langlebigkeit und effiziente Kühlung bietet, eine höhere Sicherheit auf als beispielweise Pouchzellen. Letztere sind jedoch in Größe und Form variabler, leichter und biegsamer. Prismatische Zellen eignen sich dementsprechend eher zur Anwendung in Energiespeichersystemen, während Pouchzellen in elektronischen Gadgets verbaut werden. Das einfachste Design besitzen Rundzellen, weshalb sie in der Produktion schnell und günstig sind, jedoch hinsichtlich ihrer Packdichte und ihrem Wärmemanagement hinter den anderen Zellformaten zurückbleiben.  

Die Funktionsweisen und Anwendungen beruhen auf dem inneren Aufbau dieser Zellformate. Mit erfolgreichem Abschluss es Seminar kennen Sie den Aufbau von Rund-, Pouch- und Prismatischer Zelle im Detail, können verschiedene Speicherarten erkennen und diese den Kategorien chemisch, mechanisch, elektrisch/elektromechanisch und thermisch zuordnen. Ebenso haben Sie tiefgreifendes Wissen zur elektrochemischen Spannung, Potenzialunterschieden zwischen Elektrodenmaterialien und der spezifischen Kapazität einer Batterie erlangt. Neben der Zuordnung der verschiedenen Arten von Energiespeichern und ihrer jeweiligen Speicherkapazität und Entladezeit, sind dies zentrale Lernziele des Seminars. So können Sie verwendete Energiespeicher sowohl in der industriellen als auch der alltäglichen Nutzung besser einschätzen. 

 Das hier vermittelte Wissen dient als Grundlage für das Verständnis weiterer Themenbereiche wie Batteriesysteme, spezifische Fertigungsprozesse oder Batteriemärkte. 

Anna Weichert ist wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Gruppe »Zelldesign« und verantwortlich für die Qualität in der Batteriezellfertigung, damit die von der FFB entwickelten und produzierten Batterien die hohen Qualitätsstandards erfüllen und die gewünschten Leistungen sicher und zuverlässig erbringen können. Seit mehr als sieben Jahren arbeitet die studierte Chemieingenieurin in der Batteriezellforschung, wobei ihr Hauptfokus die Kathodenentwicklung ist. Die Verknüpfung von Forschung im Labor und industrieller Anwendung an der Fraunhofer FFB begeistert Anna an ihrer Arbeit in der Forschungsfertigung besonders. Durch diese Vorgehensweise kann sich die Dauer von Innovationszyklen verkürzen. Die Fraunhofer FFB fungiert dahingehend als Beschleunigungseinheit und unterstützt die Industrie bei der Lösung von Forschungs- und Entwicklungsherausforderungen an der Schwelle zur industriellen Technologienutzung.