RWTH Aachen entwickelt skalierbare Fertigung für Mehrlagen-Elektroden

Im Forschungsprojekt ProMeBa entwickelt die RWTH Aachen skalierbare Verfahren für mehrlagige Batterieelektroden. Ziel ist die Übertragung vom Labor in den Pilotmaßstab.

Mehrlagige Batterieelektrode im Forschungsprojekt ProMeBa.

Bild: PEM RWTH Aachen

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen ist im Juni 2026 gemeinsam mit mehreren Partnern in das Forschungsprojekt „ProMeBa“ gestartet. Das Vorhaben läuft bis Mai 2029 und wird im Rahmen der BMFTR-Bekanntmachung „B@TS“ durchgeführt.

Mehrlagige Elektroden versprechen Vorteile, sind in der Fertigung aber deutlich anspruchsvoller als klassische einlagige Strukturen. ProMeBa soll deshalb zeigen, wie sich solche Elektroden stabil und reproduzierbar im industriellen Maßstab herstellen lassen. Durch unterschiedlich aufgebaute Schichten sollen unter anderem der Ionentransport verbessert, die Elektrode mechanisch stabiler und die Leistungsfähigkeit sowie Lebensdauer der Batterie erhöht werden.

Zu Beginn des Projekts werden geeignete Materialien und Schichtarchitekturen für Anoden und Kathoden untersucht. Im Fokus stehen unter anderem die Zahl der Lagen, die jeweilige Schichtdicke und mögliche Kompositionsgradienten. Die daraus abgeleiteten Elektrodenkonzepte werden anschließend mit angepassten Slurry-Rezepturen sowie Beschichtungs- und Trocknungsparametern im Labormaßstab umgesetzt und charakterisiert.

Mehrlagige Elektroden auf dem Weg in den Pilotmaßstab

PEM übernimmt insbesondere die Rezeptur- und Prozessentwicklung für mehrlagige Anoden sowie deren Charakterisierung im Labormaßstab. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen anschließend in den Pilotmaßstab übertragen werden.

Dafür wird ein modulares Beschichtungsmodul entwickelt, das sich in bestehende Pilotanlagen integrieren lässt. Untersucht werden zwei Verfahren unter industriell relevanten Rolle-zu-Rolle-Bedingungen: die Mehrlagenbeschichtung mit einer Zwei-Lagen-Schlitzdüse sowie die Mehrlagenvorhangbeschichtung. Entscheidend ist, welche Lösung hohe Beschichtungsqualität, stabile Prozessbedingungen und eine gute Skalierbarkeit verbindet.

Parallel dazu wird eine Inline-Messtechnik zur kontinuierlichen Bestimmung der Viskosität von Elektrodenslurries weiterentwickelt. Damit sollen Abweichungen im Prozess frühzeitig erkannt und eine reproduzierbare Elektrodenqualität abgesichert werden.

Die hergestellten Elektroden und Versuchszellen werden zudem elektrochemisch untersucht. Daraus sollen Rückschlüsse auf Leistungsfähigkeit, Stabilität und Lebensdauer der entwickelten Mehrlagenstrukturen gezogen werden.

Projektkoordinator ist die Netzsch-Gerätebau GmbH. Weitere Partner sind neben PEM auch der Lehrstuhl ISEA der RWTH Aachen, das Fraunhofer IKTS, das Institut iPAT der Technischen Universität Braunschweig sowie 8inks Deutschland.

Der industrielle Mehrwert liegt vor allem darin, dass ProMeBa nicht nur neue Elektrodenstrukturen entwickelt, sondern deren Fertigung gleich mitdenkt. Die Projektpartner wollen eine „Drop-in-fähige“ Technologie schaffen, mit der bestehende Produktionsinfrastrukturen gezielt erweitert werden können, statt für Mehrlagen-Elektroden vollständig neue Fertigungslinien aufzubauen.

ProMeBa reiht sich damit in eine Reihe von Forschungsprojekten ein, die Materialentwicklung und industrielle Skalierung enger verzahnen. So arbeitet etwa das vom AIT geleitete Projekt MoSiLIB an einer Kompositanode aus Silizium und Zinnsulfid und untersucht zugleich die semi-industrielle Skalierung der Synthese sowie eine wasserbasierte Elektrodenfertigung. Während MoSiLIB vor allem neue Anodenmaterialien entwickelt, setzt ProMeBa stärker bei der Frage an, wie komplexere Elektrodenarchitekturen reproduzierbar in bestehende Produktionsprozesse überführt werden können.