Zellkonzepte und Prototypen

Die Schwerpunkte der Arbeitsgruppe sind Design, Prototypisierung und Testung neuer Batteriezellkonzepte sowie deren Kleinserienproduktion. Eine Besonderheit dabei ist, dass der gesamte Herstellungsprozess – vom keramischen Rohstoff über den Komponentenbau und die Endmontage bis hin zur Initialisierung und Testung der fertigen Zellen – im Haus aus einer Hand in Technikumsgröße stattfindet. Den Kern unsere Zelltechnologie bilden dabei Festelektrolyte aus Na-ß-Aluminat. Diese werden am Fraunhofer IKTS in verschiedensten Geometrien (hauptsächlich tubulär und planar) und in mittleren bis kleinen Stückzahlen durch isostatisches Pressen und Extrusion gefertigt.

Zu den weiteren Forschungsschwerpunkten der Gruppe im Batterie-Kontext zählt z. B. die wässrige, auf Rohrschlitzextrusion basierte Herstellung von Batterieelektrodenfolien aus den Kathodenaktivmaterialien LFP (Lithium-Eisenphosphat) und NMO (Natrium-Manganoxid). Letzteres ist für uns von besonderem Interesse und wird in unseren Laboren erforscht und in kleinen Mengen hergestellt. Ziel ist es, nachhaltige Prozesse zu etablieren und schrittweise kritische Rohstoffe durch eine gezielte Dotierung mit Alternativmetallen zu reduzieren.

Die Gruppe »Zellkonzepte und Prototypen« verfügt über jahrzehntelange Erfahrung in der Formgebung keramischer Bauteile. Dieser Schwerpunkt umfasst sowohl Forschungsprojekte als auch direkte Industrieaufträge. Dabei wird der komplette Formgebungsprozess abgebildet: von der Ansatzplanung und Rohstoffqualifizierung und-modifizierung (Al₂O₃, BSCF, MgO, CSFM, NMO, LFP etc.) bis hin zur eigentlichen, hochflexiblen Formgebung (Wabenstrukturen, Rohre mit oder ohne Endkappe, Stangen, Ringe, Hülsen etc.) mittels kaltplastischer Extrusion, Gießen sowie isostatischem- oder uniaxialem Pressen (heiß (Vakuum) oder kalt) sowie der Qualitätskontrolle. 

Die Gruppe betreibt neben dem Pilotierungstechnikum für Pulversynthese und Extrusion auch eine umfangreich ausgestatte Werkstatt für die Bearbeitung von Keramik und Metall. Die Werkstatt verfügt über Maschinen in Technikumsgröße für das Schneiden (konventionell und Plasma), Fräsen, Drehen, Bohren, Biegen, Schweißen und Fügen von keramischen und Metall-Werkstoffen. Auch das Erstellen von Konstruktionszeichnungen, das Design sowie der Bau von Komponenten, Reaktoren, Anlagen und Werkzeugen wird hier umgesetzt.

• Design, Entwicklung, Prototypenbau und Erprobung von Natrium-basierten Batteriezellen und keramischen Formteilen für Forschungsvorhaben und Industrieaufträge
• Kleinserienfertigung von Batteriezellen
• Entwicklung und Produktion von Aktivmaterialien für Natrium-basierte Batteriezellensysteme (z. B. NMO)
• Entwicklung und Produktion von Batterieelektrodenfolien aus NMO, LFP etc.
• Materialanalytische, mechanische und elektrochemische Charakterisierung von Batteriezellenkomponenten/-systemen, Kathodenaktivmaterialien und keramischer Formteile
• Marktanalysen, Machbarkeitsstudien und Beratung zu Fragestellungen bezüglich Batteriespeichern und keramischen Formteilen
• Erstellen von Konstruktionszeichnungen sowie Design und Bau von Komponenten, Reaktoren, Anlagen und Werkzeugen sowohl aus Metall als auch Keramik
• Materialqualifizierung

Extrusion of Aqueous-Plasticized LiFePO₄ Foils as an Environment-Friendlier Alternative to Casting for the Industrial Production of Li-Ion Battery Electrodes. Part 1: Material Qualification and Foil Extrusion

cfi/BER. DKG 102 (2025) No. 2