Neue Rolle-zu-Rolle-Testanlage für effiziente Lithium-Metall-Anoden der nächsten Generation
Eine effiziente Batterietechnologie ist ein zentraler Baustein, um die nationalen und europäischen Klimaziele zu erreichen. Lithium-Ionen-Batterien dominieren bislang den Markt, stoßen aber zunehmend an ihre physikalischen und technologischen Grenzen. Lithium-Metall-Batteriesysteme gelten als vielversprechende Nachfolgetechnologie. Im EU-Projekt »STELLAR« arbeitet das Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM gemeinsam mit 16 europäischen Partnern an der Entwicklung einer kosteneffizienten Testanlage zur sicheren und nachhaltigen Herstellung von Lithium-Metall-Anodenfolien.
Im Juni 2025 ist das von der Europäischen Union geförderte Forschungsprojekt »STELLAR« – kurz für »Safe, Sustainable, and High-throughput Production of Reliable Lithium Metal Anodes for Gen 4b/4c/5 Batteries« – offiziell gestartet. Ziel des vierjährigen Projekts ist es, eine Rolle-zu-Rolle-Testanlage für die Herstellung von Lithium-Metall-Anodenfolien zu entwickeln. Eine Rolle-zu-Rolle Anlage ist eine Produktionsanlage, die die Folien kontinuierlich von einer Rolle abwickelt, bearbeitet und dann wieder auf eine andere Rolle aufwickelt. Diese Technologie ist besonders effizient für die Herstellung großflächiger, flexibler Produkte wie Batterien. Die neue Anlage soll eine industrielle Produktionskapazität von rund 60 Kilometern Anodenfolie pro Jahr erreichen und dabei eine präzise Lithium-Schichtdicke im Bereich von fünf bis 15 Mikrometern gewährleisten.
Lithium-Metall-Batterien als Technologie der Zukunft
Lithium-Metall-Batterien gelten als Schlüsseltechnologie für die nächste Generation von Energiespeichern. Im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ermöglichen sie eine deutlich höhere Energiedichte. Dadurch können Lithium-Metall-Batterien mehr Energie bei gleichem Gewicht speichern. Außerdem kann die höhere Energiedichte zu längeren Betriebszeiten führen – große Vorteile insbesondere für die Elektromobilität und die tragbare Elektronik.
Die Herausforderung liegt jedoch in der sicheren und reproduzierbaren Herstellung der empfindlichen Lithium-Metall-Anoden, die stark reaktiv sind. Daher wird die sehr dünne Lithium-Schicht in einer Vakuumkammer auf hauchdünne Kupferfolien aufgetragen.
Inline-Qualitätskontrolle unter Vakuumbedingungen
Ein besonderer Fokus der Forschungsarbeiten liegt auf der inline-Überwachung der Folieneigenschaften während des Produktionsprozesses unter diesen komplexen Vakuumbedingungen. Nur durch eine kontinuierliche Qualitätskontrolle lassen sich langlebige und ressourcenschonende Batterien realisieren, die den Anforderungen zukünftiger Anwendungen gerecht werden.
Dazu bringen unsere Forschenden ihre Expertise im Bereich der optischen Messtechnik mit ein. In dem Projekt werden verschiedenste Ansätze zur inline-Überwachung der wichtigsten Parameter, wie Schichtdicke, Oberflächenrauigkeit, elektrische Leitfähigkeit und Schnittkantenqualität auf ihre Umsetzbarkeit und Performance erforscht. »Mit unserem breiten Messtechnik-Portfolio können wir die am besten geeigneten Methoden an die sehr spezifischen Anforderungen individuell anpassen«, erklärt Dr. Stefan Duran, Projektleiter am Fraunhofer ITWM.
Projektförderung
Die Projektkoordination liegt bei der belgischen Firma Avesta Holding, bei denen als Entwickler und Hersteller von Lithium-Batterien die Pilotanlage demonstriert wird. Die Europäische Kommission stellt für die vierjährige Projektlaufzeit vom 1. Juni 2025 bis zum 31. Mai 2029 insgesamt 7,9 Millionen Euro an Fördermitteln bereit. Das Fraunhofer ITWM wird dabei für die Entwicklung der optischen Messtechnik mit ca. 757.000 Euro gefördert.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner:
Dr. Stefan Duran
Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM
Fraunhofer-Platz 1
67663 Kaiserslautern
Telefon +49 631 31600-4924
stefan.duran@itwm.fraunhofer.de
Weitere Informationen:
https://www.itwm.fraunhofer.de/lithium-metall-testanlage-stellar
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