Laser verbessert Ladefähigkeit von Batterien

Halbzeit beim Forschungsvorhaben „structur.e“ an der Hochschule Aalen: Es geht dort um die Frage, wie die Schnellladefähigkeit von Lithium-Ionen-Batterien etwa für E-Autos verbessert werden kann. Die Forschenden setzen dabei unter anderem auf ein laserbasiertes Verfahren, das bereits zum Patent angemeldet wurde.

„Eine Batterie sollte möglichst klein sein und dennoch möglichst viel Energie speichern können“, erklären Max-Jonathan Kleefoot und Jens Sandherr. Die beiden Doktoranden am "LaserApplikationsZentrum" (LAZ) und dem Institut für Materialforschung (IMFAA) der Hochschule Aalen forschen gemeinsam zu diesem Thema seit dem Start des Projekts 2019. Presse man die Elektroden im Innern einer Batterie zusammen, passe zwar – vereinfacht gesagt – mehr elektrische Energie hinein: „Dann steht man aber schon vor der nächsten Herausforderung: Die Batterie enthält nun zwar mehr Energie auf einem kleineren Volumen, lässt sich aber dafür schlechter wieder aufladen.“

Wie schafft man es also, mehr Energie in noch kürzerer Zeit in eine solche Batterie zu bekommen? So lautet übersetzt die Fragestellung, an der die Hochschule Aalen bei Structur-E mit neun weiteren Kooperationspartnern – unter anderen dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung (ZSW) oder der Trumpf Laser GmbH – arbeitet. Projektkoordinator des vom Bundeswirtschaftsministerium mit rund 1 Mio. Euro geförderten Projekts ist die VW AG.

Vielversprechende Ergebnisse nach Laserbearbeitung der Elektroden

Kleefoot und Sandherr haben auf der Suche nach der Antwort eine ganze Reihe von Versuchen durchgeführt: „Wir haben mit dem Laser die Oberflächen der Elektroden im Innern der Batterien aufgeraut und perforiert, um den Austausch der Lithium-Ionen zwischen den Elektroden beim Be- und Entladen zu verbessern“, erklärt Kleefoot. Untersuchungen zur Schnellladefähigkeit deuten darauf hin, dass die so bearbeiteten Batterien spürbar schneller geladen werden können.

„Die Ergebnisse sind äußerst vielversprechend“, zieht auch Prof. Volker Knoblauch eine positive Zwischenbilanz. Er ist Projektleiter des Vorhabens. Ein weiterer positiver Nebeneffekt, der sich durch die Laserbearbeitung der Batterieelektroden abzeichne, sei die Zeitersparnis bei nachfolgenden Prozessschritten der Zellherstellung, so Knoblauch. Im weiteren Projektverlauf sollen die bislang überwiegend an Laborzellen erarbeiteten Ergebnisse nun auf größere Zellen übertragen und so die nächsten Schritte zu einer möglichen Industrialisierung des Verfahrens gegangen werden.