Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
ECO-iL-DRY
Forschungsprojekt, »Systementwicklung für einen intelligenten Laser-Hybridprozess zur Effizienzsteigerung beim Trocknen von Batteriefolien«
Das Projekt ECO-iL-DRY strebt eine signifikante Verbesserung des Trocknungsprozesses von Batteriefolien hinsichtlich Energieeffizienz und Qualität an, um den Anforderungen einer nachhaltigen Energiespeicherung und steigender Energiekosten gerecht zu werden. Der Prozessschritt Trocknen ist energetisch und qualitativ zentral in der Batterieherstellung. Herausforderungen bestehen insbesondere in der Erhöhung des Durchsatzes, der Qualitätssteigerung, der Verbesserung der Energieeffizienz sowie der Vermeidung kritischer Materialien wie organischer Lösemittel.
Zur Erreichung dieses Gesamtziels verfolgt das Vorhaben drei Teilziele: die Entwicklung eines innovativen Lasermatrixmoduls zur Steigerung der Energieeffizienz und Reduktion der benötigten Trocknerfläche, die Umsetzung eines adaptiv geregelten Hybrid-Trockenprozesses mittels Thermografie und Restfeuchtemessung zur Verbesserung der Elektrodenqualität sowie die Realisierung eines energetisch optimierten Trocknerprototyps durch die Kombination von Laser- und Konvektionstrocknung in einem skalierbaren System einschließlich der Nutzung der Laserabwärme zur Vorheizung der Trocknerluft.
Arbeitsplan
Das Projekt ist in sieben Arbeitspakete gegliedert:
AP 1 umfasst die Definition von Zielgrößen und Batterierezepturen. Es werden Zielgrößen für Systemtechnik und Trockenprozess festgelegt sowie Kathoden- und Anodenrezepturen definiert.
In AP 2 wird parallel das Matrix-Lasermodul entwickelt. Dies beinhaltet die Entwicklung des optischen Systems, den Aufbau eines Versuchsstands zur Modul- und Optikcharakterisierung, die Entwicklung von Diodentreibern mit Feldbus-Ansteuerung sowie geeignete Kühlkonzepte für Lasermodule und Leistungselektronik.
AP 3 beinhaltet die Entwicklung und den Aufbau des Hybridtrockners. Dazu zählen der Aufbau einer Pilotanlage zur Integration von Laser- und Messtechnik, die Integration einer Wärmepumpe zur Energierückgewinnung sowie die Inbetriebnahme am Fraunhofer IPT.
AP 4 umfasst die Rezeptur- und Prozessentwicklung im Labormaßstab mit iterativer Optimierung von Schichtrezeptur und Trockenprozess sowie der Charakterisierung des Einflusses der Trockenparameter.
In AP 5 erfolgen Trockenexperimente und die Prozessoptimierung der Hybridtrocknung. Der Hybridtrockner wird in die FFB PreFab integriert, um die Elektroden weiterzuverarbeiten.
AP 6 adressiert die Prozesssensorik, Prozessmodellierung und Datenauswertung. Hierzu gehören Thermografie, Inline-Restfeuchtemessung, Prozessmodellierung sowie Datenanalyse und Qualitätsvorhersage.
AP 7 beinhaltet die LCA-Analyse sowie die Performance- und Wirtschaftlichkeitsbewertung einschließlich der Bewertung der Skalierbarkeit der hybriden Trockentechnologie.
Ergebnisverwertung
Das interdisziplinäre Konsortium strebt eine energetische und qualitative Verbesserung des Trocknungsprozesses von Batteriefolien an. Die Hybridtrockentechnologie wird mit dem Ziel weiterentwickelt, ihre Übertragungsfähigkeit in die industrielle Anwendung zu erreichen. Zum Projektende wird ein Prototyp in der FFB PreFab betrieben, der die Skalierung auf industrielle Anlagengröße ermöglicht. Innerhalb eines Jahres nach Projektabschluss wird eine kommerzialisierte Version angestrebt, einschließlich des Verkaufs von Hybridtrocknern oder der Nachrüstung bestehender Anlagen.
Wissenschaftliche Verwertung
Die Projektergebnisse steigern die wissenschaftliche Exzellenz der beteiligten Partner. Erkenntnisse zu konvektions- und laserbasierten Trocknungstechnologien sowie zu neuen Elektrodenrezepturen werden über Fachveröffentlichungen, Konferenz- und Messeteilnahmen sowie weitere Formate verbreitet.
Zudem bilden die Ergebnisse die Grundlage für weiterführende Forschungsprojekte zum Thema Trocknen, etwa für Batterieelektroden oder MEA-Beschichtungen von Brennstoffzellen im Kontext der Energiewende.
Wirtschaftliche Verwertung
Das Vorhaben stärkt die industrielle Batteriezellfertigung durch die Weiterentwicklung energie- und platzsparender Hybridtrocknungstechnologien. Die Ergebnisse können über neue Produkte, Nachrüstlösungen, Lizenzmodelle oder Ausgründungen wirtschaftlich verwertet werden und tragen zur Erschließung neuer Märkte sowie zur Stärkung der Wettbewerbsfähigkeit bei.