Die RWTH Aachen entwickelt skalierbare Fertigungsverfahren für mehrschichtige Elektroden
Mehrschichtige Batterieelektrode im Forschungsprojekt ProMeBa.
Bild: PEM RWTH Aachen
Der Lehrstuhl für Produktionsingenieurie von E-Mobilitätskomponenten (PEM) an der RWTH Aachen startete gemeinsam mit mehreren Partnern das Forschungsprojekt ProMeBa im Juni 2026. Das Projekt läuft bis Mai 2029 und wird im Rahmen eines Programms des deutschen Bundesministeriums für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK) durchgeführt.
Mehrschichtige Elektroden bieten erhebliche Vorteile, sind aber weitaus schwieriger in der Herstellung als herkömmliche Einfachschichtstrukturen. ProMeBa zielt daher darauf ab, zu zeigen, wie solche Elektroden auf industrieller Ebene stabil und reproduzierbar hergestellt werden können. Unterschiedlich strukturierte Schichten sollen den Ionentransport verbessern, die mechanische Stabilität der Elektrode erhöhen sowie die Leistung und Lebensdauer der Batterie steigern.
Zu Beginn des Projekts werden geeignete Materialien und Schichtarchitekturen für Anoden und Kathoden untersucht. Der Fokus liegt auf Aspekten wie der Anzahl der Schichten, der Dicke einzelner Schichten sowie möglichen Zusammensetzungsgradienten. Die daraus resultierenden Elektrodenkonzepte werden anschließend im Labor unter Verwendung angepasster Schlammformulierungen sowie Beschichtungs- und Trocknungsparameter umgesetzt und charakterisiert.
Mehrschichtige Elektroden auf dem Weg zur Pilotanlage
PEM ist in erster Linie für die Entwicklung von Mehrschichtanoden sowie deren Charakterisierung im Labormaßstab verantwortlich. Die gewonnenen Erkenntnisse werden anschließend auf die Pilotanlage übertragen.
Zu diesem Zweck wird ein modulares Beschichtungsmodul entwickelt, das in bestehende Pilotanlagen integriert werden kann. Unter industriell relevanten Roll-to-Roll-Bedingungen werden zwei Verfahren untersucht: Mehrschichtbeschichtung mit einem zweischichtigen Schlitzform und Mehrschichtvorhangbeschichtung. Entscheidend ist, welche Lösung eine hohe Beschichtungsqualität, stabile Prozessbedingungen sowie gute Skalierbarkeit vereint.
Gleichzeitig wird eine inline-Messtechnik zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität von Elektroden-Slurries weiterentwickelt. Damit sollen Abweichungen im Prozess frühzeitig erkannt und eine reproduzierbare Elektrodenqualität gewährleistet werden.
Auch die hergestellten Elektroden und Testzellen werden elektrochemisch untersucht. Dies soll Einblicke in die Leistung, Stabilität und Lebensdauer der entwickelten Mehrschichtstrukturen liefern.
Der Projektkoordinator ist die Netzsch-Gerätebau GmbH. Neben PEM gehören weitere Partner zum Projekt das ISEA-Lehrstuhl an der RWTH Aachen, Fraunhofer IKTS, das iPAT-Institut an der Technischen Universität Braunschweig sowie 8inks Deutschland.
ProMeBa schließt sich somit einer Reihe von Forschungsprojekten an, die die Materialentwicklung enger mit der industriellen Skalierung verbinden. Beispielsweise arbeitet das von AIT geleitete MoSiLIB-Projekt an einer aus Silizium und Zinnsulfid bestehenden Verbundanode und untersucht gleichzeitig die halbindustrielle Skalierung der Synthese sowie der wasserbasierten Elektrodenherstellung. Während MoSiLIB hauptsächlich neue Anodenmaterialien entwickelt, konzentriert sich ProMeBa stärker auf die Frage, wie komplexe Elektrodenarchitekturen reproduzierbar in bestehende Produktionsprozesse integriert werden können.
