Zentrum für Lithium-Ionen-Zellen
Forschungsstandort ausgebaut
Mit dem neuen Helmholtz-Institut Ulm steigt die Zahl der Batterieforscher auf rund 300 – ZSW ist wichtiger Partner Am 31. Oktober 2014 hat Bundesforschungsministerin Johanna Wanka den Neubau des Helmholtz-Instituts für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) in Ulm eingeweiht. Mit dem neuen Gebäude des vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und der Universität Ulm getragenen Instituts ist der Ausbau der Infrastruktur in der Batteriestadt weiter vorangekommen. Die Wissenschaftsinstitutionen decken die gesamte Breite der Batterieforschung ab – von den Grundlagen an Uni und HIU bis zur angewandten Forschung beim Partner Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW). Ulm bekräftigt damit seine Stellung als Mittelpunkt der europäischen Elektrochemie- und Batterieaktivitäten. Inzwischen arbeiten rund 300 Forscher in der Wissenschaftsstadt, die Hälfte davon am ZSW.
Prof. Dr. Werner Tillmetz, ZSW-Vorstand und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien sowie HIU-Gründungsdirektor, freut sich: „In den letzten sechs Jahren hat sich hier sehr viel getan.“ Sein Institut war als Mitinitiator von den Anfängen 2009 beim HIU mit dabei und hat erst vor kurzem das 2011 eröffnete ZSW-Labor für Batterietechnologie (eLaB) um eine Forschungsplattform für die industrielle Fertigung von prismatischen Lithium-Ionen-Zellen erweitert.
Forschungsplattform für die industrielle Fertigung
Diese wurde am 26. September 2014 eingeweiht. Dort werden künftig deutsche Industrieunternehmen Verfahren zur Herstellung großer automobiltauglicher Lithium-Ionen-Zellen entwickeln. Für die High-Tech-Produktionsanlagen im industriellen Maßstab wurde das ZSW-Labor für Batterietechnologie (eLaB) um einen vierten Gebäudeteil mit 3600 m2 Nutzfläche erweitert. Hier werden neue Aktivmaterialien hergestellt, Komponenten evaluiert und nun auch die seriennahe Produktion großer Lithium-Akkus entwickelt. Die besten Batterien für Elektroautos sollen künftig aus Deutschland kommen. Dies ist das Ziel der aktuellen Forschungen am ZSW. Schon ab Januar 2015 starten in der Ulmer Forschungsplattform BASF, BMW, Daimler, Elring Klinger, Manz, Robert Bosch, Rockwood Lithium, SGL Carbon und Siemens mit den ersten Projekten. Derzeit laufen in dem Neubau die ersten Tests. Bis Ende 2014 wird der komplette Herstellprozess, von der Pastenherstellung bis zur Formierung der Zellen, in Betrieb genommen sein.
Fertigung von Lithiumakkus
„Die Zahl der Elektro- und Hybridfahrzeuge steigt rasant an. Damit wächst auch der Bedarf an Produktionskapazitäten und der Wettlauf um die besten Batterien ist in vollem Gange“, sagt Prof. Dr. Werner Tillmetz und ergänzt: „Mit dem eLaB und dessen Erweiterung haben wir Forschungsbedingungen geschaffen, auf deren Basis die Industrie ihre Produkte von morgen entwickeln kann.“ Die neuen Anlagen erlauben eine Fertigung von einigen 100 Zellen pro Tag mit reproduzierbarer Qualität. Der modulare Aufbau der Produktionsanlagen bietet Unternehmen und Forschungsorganisationen entlang der gesamten Wertschöpfungskette die Möglichkeit, neue Verfahren und Anlagenkomponenten in einer prozesssicheren Testumgebung zu erproben. Hersteller von Batteriematerialien können neue Rezepturen in Standardzellen demonstrieren, Maschinenbauer ihre Fertigungstechnologien im Anlagenverbund optimieren. „Mit der vorwettbewerblichen Forschungsplattform werden direkt die Blaupausen für die kommerzielle Fertigung generiert“, so Prof. Tillmetz. Die Forschungsplattform umfasst alles, was für die seriennahe Herstellung automobiltauglicher Zellen benötigt wird. Die voll automatisierte Zellassemblierung in einem 200 m2 großen Trockenraum und die daran anschließende Befüll- und Aktivierungsanlage sind ausgelegt auf eine Taktzeit von einer Zelle pro Minute. Zur ebenfalls vollautomatischen Zellformierung steht ein sauerstoffreduzierter Raum mit 240 temperierbaren Zyklisierplätzen sowie 1920 Lagerplätzen zur Verfügung.
Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat die Anlagenausrüstung mit 25,7 Mio. € gefördert. Die Gebäudeerweiterung erfolgte mit einem Zuschuss des Ministeriums für Finanzen und Wirtschaft (MFW) des Landes Baden-Württemberg in Höhe von 6 Mio. €.
„Forschende 4“ ergänzen sich
Die enge Zusammenarbeit der vier Partnerinstitute spiegelt sich auch in der Leitung: Das Direktorium besteht aus jeweils einem Mitglied von KIT, Uni Ulm sowie den Partnern ZSW und Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR). Die fünf Forschungsgebiete werden von Wissenschaftlern geleitet, die Leitungsfunktionen bei den Partnereinrichtungen ausüben. Die Kompetenzen der einzelnen Partner eröffnen den jeweils anderen viele Chancen. Das ZSW kann künftig mehr Grundlagenforschung nutzen und so neue Materialien weiterverarbeiten und im Pilotmaßstab erproben. Damit wird der Technologietransfer in die Anwendung weiter vorangetrieben.
