Maßgeschneiderte Trockenraumlösungen
Sichere Batterie-Produktion für die Mobilität von morgen
Feststoffbatterien gelten als vielversprechende Alternative zu den bislang in der E-Mobilität genutzten Li-Ionen-Akkus mit Flüssigelektrolyten. Für deren Entwicklung sind jedoch maßgeschneiderte Trockenraumtechnik und innovative Sicherheitskonzepte gefragt.
Globaler Wettlauf um beste Lösung
Um die Wettbewerbsfähigkeit von Feststoffbatterien voranzutreiben, sind stabile und verlässliche Bedingungen im Herstellungsprozess ausschlaggebend. Weiss Technik unterstützt Forschungseinrichtungen und Unternehmen mit gezielten Konzepten in den Bereichen Luftentfeuchtung, Klimatisierung und Sicherheitsmanagement. Der Reiskirchener Spezialist für Umweltsimulation liefert damit einen wichtigen Beitrag auf dem Weg zur Serienfertigung von Feststoffbatterien.
Sicherheit in Forschung und Produktion gewährleisten
Bei der Arbeit mit Feststoffbatterien sind in Trockenräumen streng kontrollierte klimatische Bedingungen und entsprechende Sicherheitskonzepte erforderlich. „Schwankungen in den Klimabedingungen während der Produktion, insbesondere bei der Feuchtigkeit, können die Qualität der Batterien beeinträchtigen, ihre Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit negativ beeinflussen. Im schlimmsten Fall wird das lebensgefährlich“, erklärt Projektleiter Stjepan Jurisic von Weiss Technik. Für eine konstante, sichere Fertigung mit höchster Qualität ist daher eine zuverlässige und effiziente Klimatechnik entscheidend.
Zielgerichtete Trocknung durch Adsorption
Voraussetzung für eine sichere Produktion von Feststoffbatteriezellen ist ein Trockenraumsystem mit extrem trockener Luft. Ansonsten könnten die verwendeten Materialien mit Wasser reagieren und hochentzündliche Gase wie Flusssäure (HF) und Schwefelwasserstoff (H2S) freisetzen. Um diese Reaktion zu verhindern, sind extrem niedrige Taupunkte von -50 bis -60 °C notwendig. „Das ist eine Lufttrocknung, die bis an die Grenzen des physikalisch Möglichen geht“, erklärt Sales Engineer Bahattin Celik. Weiss Technik realisiert die Trockenheit mit dem Einsatz von Adsorptionstrocknern. Zunächst nehmen mehrere silikatbesetzte Rotoren die Luftfeuchtigkeit auf. Anschließend wird ein Teil der entfeuchteten Luft wieder aufgeheizt und als Regenerationsluft durch den Rotor geleitet, wodurch die dortige Feuchtigkeit entfernt und nach außen abgeführt wird. Das Verfahren lässt sich präzise steuern und damit die Luftfeuchte konstant niedrig halten.
Sicherheitskonzepte gezielt entwickeln
Zusätzlich sind für den Fall einer Havarie umfassende Sicherheitsmaßnahmen im hermetisch abgedichteten Trockenraum erforderlich. Weiss Technik führt hierzu gemeinsam mit den Kunden Risikobewertungen durch und entwickelt individuelle Sicherheitskonzepte. Zu den möglichen Sicherheitsmaßnahmen gehören H2S -Sensoren mit akustischen und optischen Alarmen, Systeme zur Unterbrechung der H2S -Freisetzung und Verfahren zur schnellen Abführung des Gases. Darüber hinaus unterstützt das Unternehmen Mitarbeiterschulungen im Umgang mit H2S, informiert zu Havariefällen und berät bei der Umsetzung von Explosionsschutzmaßnahmen nach ATEX-Richtlinien.
Vorsprung durch Erfahrung
„Die Entwicklung von Sicherheitskonzepten für Feststoffbatterien ist eine echte Herausforderung“, betont Celik. „Jeder Kunde hat individuelle Voraussetzungen, wofür jeweils neue Szenarien ausgearbeitet werden müssen.“ Weiss Technik hat bei zahlreichen Projekten umfassende Erfahrung in der Realisierung von Trockenraumsystemen für die Batteriezellenfertigung gesammelt. Entscheidend, so Jurisic, sei immer die ganzheitliche Betrachtung des Projekts unter Berücksichtigung aller Schutz- und Effizienzaspekte: „Sicherheit hat stets oberste Priorität. Darauf basierend entwickeln wir intelligente Lösungen, wie beispielsweise die Kombination von Systemen, was zugleich auch Kosten reduziert.“
Gamechanger über die E-Mobilität hinaus
Weiss Technik Sales Engineer Bahattin Celik und Projektleiter Stjepan Jurisic von glauben an das große Potenzial von Feststoffbatterien. „Die E-Mobilität ist aktuell nur der Innovationstreiber. Feststoffbatterien sind echte Multitalente, die viele Probleme herkömmlicher Lithium-Ionen-Akkus lösen können,“ erklärt Celik. Ihr Einsatz sei nahezu überall denkbar – in E-Fahrzeugen ebenso wie bei Maschinen, Drohnen und Haushaltsgeräten. Die Experten erwarten, dass sich für verschiedene Anwendungen Feststoffbatterie-Varianten mit jeweils spezifischer Zellchemie durchsetzen werden.
Chemische Pionierarbeit
Feststoffbatterien (Solid-State Batteries, SSB oder All-Solid-State Batteries, ASSB) sind eine Weiterentwicklung bisheriger Lithium-Ionen-Batterien mit festen statt flüssigen Elektrolyten. Hierfür wird aktuell die Leistungsfähigkeit verschiedener Festelektrolytklassen erforscht. Feststoffbatterien versprechen eine deutlich höhere Energiedichte und ermöglichen bis zu 30 % mehr Reichweite bei kompakterem Design. Je nach Zellchemie können sie die Ladezeiten erheblich verkürzen, die Anzahl der Ladezyklen steigern und das Brandrisiko durch Überladung oder Unfälle senken. Außerdem lassen sich Feststoffbatterien deutlich nachhaltiger herstellen. Damit besitzen sie ein großes Zukunftspotenzial – vorausgesetzt, es gelingt die derzeit sieben- bis achtfach höheren Produktionskosten auf ein wettbewerbsfähiges Niveau zu senken.
