Das Oak Ridge National Laboratory (ORNL) des US-Energieministeriums hat mit Industriepartner Navitas Systems untersucht, wie sich die Trockenbeschichtung von Elektroden auf die Struktur der Batteriematerialien und ihre elektrochemischen Eigenschaften auswirkt. Das ORNL ist auch Kooperationspartner von Volkswagen.
Das Oak Ridge National Laboratory betont, dass die Trockenbeschichtung als Alternative nicht nur Platz in der Fabrik spare, sondern auch Zeit, Energie, Abfallentsorgung und Anlaufkosten, doch: „Bisher haben Forscher nur begrenzt verstanden, wie und warum sie funktioniert.“ Das ORNL hat deshalb mit Navitas Systems eine Untersuchung angestoßen und dabei einen Ansatz untersucht, bei dem trockene Pulver mit einem Bindemittel gemischt und dann verdichtet werden. Diese Strategie könne sowohl für die Anode als auch für die Kathode angewandt werden, indem man sich entweder auf bestimmte Materialien oder Mischmethoden konzentriert, heißt es in einer begleitenden Mitteilung.
Navitas war in dem Projekt für die Herstellung der Elektroden zuständig. ORNL-Forscher maßen im Anschluss deren elektrochemische Leistung unter verschiedenen Bedingungen und über unterschiedliche Zeiträume – und attestieren den mittels Trockenverfahren hergestellten Batterien eine „hervorragende Fähigkeit, ihre Kapazität auch nach längerem Gebrauch beizubehalten“.
Ebenfalls wichtig: Das ORNL bestätigt, dass das Trockenbeschichtungsverfahren „in hohem Maß“ kompatibel mit derzeitigen modernen Elektroden-Herstellungsanlagen ist und geringere negative Umweltauswirkungen verursache. Es gibt aber auch noch Schwachpunkte: Die Forschungseinrichtung skizziert, im nächsten Schritt die Stabilisierung jenes Materials anzustreben, mit dem die Anodenkomponenten an einem dünnen Metallstromkollektor befestigt werden. „Ein Hauptziel dieses Projekts ist die Entwicklung oder Identifizierung eines besseren Bindemittels für den Trockenprozess, da das derzeitige Bindemittel für die Anodenumgebung nicht sehr stabil ist“, erläutert Li.
Das Team arbeite zudem daran, die Menge an Ruß zu reduzieren, ein Material, das die Leitfähigkeit der Batterie aufrechterhält, aber die Energiedichte beeinträchtigt. Außerdem liefern „dicke Elektroden“ möglicherweise weniger Energie, da die Ionen einen weiteren Weg zurücklegen müssen. Es gilt den Forschungsleitern zufolge also, die Vor- und Nachteile der dickeren Elektrode auszubalancieren.
Interessant sind die Erkenntnisse auch vor dem Hintergrund, dass Volkswagen kürzlich bestätigt hat, die Trockenbeschichtung von Elektroden in E-Auto-Batterien industrialisieren zu wollen. Das ORNL ist bereits ein Kooperationspartner von Volkswagen in den USA. Den Serieneinsatz von derart gefertigten Zellen sieht Volkswagen für 2026/2027 vor. Auch Tesla arbeitet bei seinen großen 4680er Zellen an der Trockenbeschichtung.
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