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TU Berlin

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2,5 Mal effizientere Produktion von Batteriezellen

Dienstag, 23. Juli 2019

Medieninformation Nr. 132/2019

Sogenannte kontinuierliche Z-Faltung soll Unternehmen Durchsatzsteigerung um rund 150 Prozent ermöglichen

Funktionsdemonstrator der patentierten z-Faltung von Bandmaterialien
Lupe

Lithium-Ionen-Batteriezellen sind Schlüsselelemente der Elektromobilität und ein Hauptkostenfaktor für Elektrofahrzeuge. Bei diesen entfallen ungefähr 40 Prozent der Wertschöpfung auf die Batterie, wobei davon alleine bis zu 80 Prozent die Batteriezellen ausmachen. Die hohen Kosten der Batteriezellen werden unter anderem durch die derzeitig ineffiziente Produktion verursacht. Ein neues an der TU Berlin entwickeltes Produktionsverfahren, die sogenannte kontinuierliche Z-Faltung, verringert Zeit und Kosten der Herstellung. Damit können Lithium-Ionen-Akkus in Zukunft günstiger und schneller produziert werden.

Batteriezellen für E-Autos bestehen aus Elektroden-Separator-Verbünden, also dünnen metallischen Elektrodenfolien und extrem dünnen dazwischenliegenden Separatorfolien aus Kunststoff. Sie werden in Form einer Z-Struktur in der Batterie angeordnet. Diese Anordnung ermöglicht eine sehr hohe Energiedichte im Vergleich zu anderen Verbundbauweisen, sodass E-Autos möglichst viel Energie aus einer Batterieladung ziehen und dementsprechend weit gefahren werden können, bis die Batterie wieder geladen werden muss.

Bisherige Verfahren der Herstellung dieser Batterien beinhalten „Pick-and-Place“-Bewegungen. Dabei setzen Roboter die Elektroden- und Separatorfolien durch Aufgreifen und Positionieren Stück für Stück aufeinander.

In der Natur dieses Vorgangs liegen zeitraubende Bewegungen und Stillstände, wenn die Robotersysteme vor- und zurückfahren. Die benötigte Zeit führt zu einer Durchsatzlimitierung und so zu einem kostentreibenden Prozessschritt in der Batteriezellenproduktion.

TU-Forschende entwickeln neues Produktionsverfahren und arbeiten momentan an einem Demonstrator zur Validierung der Forschung

Miniaturmodell des Demonstrators zur durchsatzgesteigerten Batteriezellproduktion
Lupe

Das Fachgebiet Montage- und Handhabungstechnik der TU Berlin hat ein Verfahren entwickelt, das durch eine kontinuierliche Materialbewegung Stillstandzeiten im Verfahrensablauf vermeidet und dadurch eine Durchsatzsteigerung im Vergleich zum internationalen Stand der Technik um rund 150 Prozent erreichen soll. Das bedeutet, dass in der Zeit, in der heute 100 Batterien produziert werden, in Zukunft mit dem neuen Verfahren 250 Batterien hergestellt werden könnten. Der Einsatz von Transportsystemen mit linear umlaufenden Greifern erlaubt eine kontinuierliche Faltenerzeugung. Die Elektroden liegen dabei als zugeschnittene Folien und die Separatorfolie als Bandmaterial vor.

Das Forschungsprojekt mit dem durch das Zentrum für geistiges Eigentum der TU Berlin patentierten Verfahren befindet sich momentan in einer Demonstrationsphase. Im vom Bundesforschungsministerium geförderten Projekt KontiBAT (2017–2020) wird aktuell ein Demonstrator entwickelt, der das Funktionsprinzip der kontinuierlichen Z-Faltung belegt. Der im Test befindliche Demonstrator stellt am Projektende mit der anvisierten Durchsatzsteigerung eine Sprunginnovation für den Markt der Batteriezellproduktion dar.

Nach Projektende soll der Demonstrator mit Praxispartner im Anlagenbau, der Systemintegration und Zellherstellung zu einem seriennahen Prototyp weiterentwickelt werden. Das Projektteam sucht aktuell nach Kooperationspartner aus der Industrie, um die Innovation gemeinsam weiter in die Anwendung zu überführen, als auch aus der Wissenschaft, um das Verfahren in einem Folgeprojekt weiterzuentwickeln und auf andere Anwendungsgebiete zu übertragen. Für Fragen zur Lizensierung steht das Zentrum für geistiges Eigentum der Technischen Universität Berlin zur Verfügung.

Weitere Informationen zum Projekt:
www.tu-berlin.de/?180828

Videomaterial:
https://www.youtube.com/channel/UCj9cdDUg7M-LCM-TE9wkNFw

Weitere Informationen über das Patent:
https://srv.zfge.tu-berlin.de/de/techoffer/methode-und-vorrichtung-zur-kontinuierlichen-z-faltung-von-lithium-ionen-batterien/

Über das Zentrum für geistiges Eigentum der TU Berlin:
Das Zentrum für geistiges Eigentum (ZfgE) an der TU Berlin ist die zentrale Anlaufstelle für alle Themengebiete rund um Immaterialgüterrecht und geistiges Eigentum. Das Team des ZfgE patentiert und vermarktet die Erfindungen der TU Berlin, außerdem lehren und forschen die Zentrumsangehörigen zu Technik- und Immaterialgüterrecht. Damit ist das Zentrum zentraler Ansprechpartner für Erfinder*innen der TU Berlin, für Kooperationspartner*innen aus Wirtschaft und Wissenschaft sowie für interessierte Wissenschaftler*innen und Expert*innen aus den Bereichen Technik und Recht.

bkl

Weitere Informationen erteilen Ihnen gern:

Prof. Dr.-Ing. Franz Dietrich
TU Berlin
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Tel.: 030/314-22014


Muhammed Aydemir
TU Berlin
Institut für Werkzeugmaschinen und Fabrikbetrieb
Tel.: +49 30 314 79285


Ina Krüger
TU Berlin
Zentrum für geistiges Eigentum
Lizenzmanagerin
Tel.: +49 (0)30 314-75916

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