Batterieelektroden effizient und modular trocknen

Batterien und Akkus begegnen uns überall – vom Smartphone bis zum Auto. Doch die Herstellung ist wenig nachhaltig und sehr energieintensiv. Etwa 50 Prozent der Energie entfallen allein auf die Trocknung der Elektroden, in denen die elektrochemischen Reaktionen ablaufen. Denn die Flüssigkeit, die das Beschichten der Paste ermöglicht, muss wieder heraus, um die Batterien handhabbar zu machen.

Stand der Technik

Bei der konvektiven Trocknung sorgt ein warmer Luftstrom für Erwärmung des zu trocknenden Guts und für den Abtransport der Feuchtigkeit. Luft, Laser oder Infrarotstrahlung werden dafür eingesetzt. Welche Prozessparameter das perfekte Trocknungsergebnis erzielen, lässt sich bei gängigen Anlagen meist nur mit zeitaufwändigen Versuchen herausfinden, da keine sensorische Überwachung der Trocknung stattfindet. Dabei fallen große Mengen Ausschuss an.

Technologie

Forschenden des KIT ist es gelungen, einen modularen Trockner für Batterieelektroden zu entwickeln. Die Konstruktion der Trocknerhauben lässt Raum entstehen, der variabel mit Düsen, Strahlern oder Sensorik bestückt werden kann. Die Luftzufuhr erfolgt über flexible Schläuche, um die Düsen frei zu positionieren. Inline-Messtechnik überwacht kritische Punkte der Trocknung, wie das Einsetzen der Porenentleerung oder den Zerfall des Kapillarnetzwerks. Dazu werden Streulicht- oder thermische Sensoren, wie Pyrometer eingesetzt. Veränderte Parameter, etwa eine erhöhte Luftfeuchtigkeit, werden so bereits bei der Trocknung ausgeglichen. An jeder Düse lässt sich der Wärmeübergangskoeffizient messen und einstellen. Das ermöglicht eine standardisierte, datenbasierte Trocknung. Bei wechselnden Materialien kann der Aufbau im Nachhinein verändert werden.

Vorteile

Die Vorteile können auf sämtliche industriellen Konvektionstrockner übertragen werden. Es ergeben sich verkürzte Rüstzeiten, da Trocknungsprozesse messtechnisch überwacht und während der Trocknung angepasst werden können. Auch der Ausschuss wird verringert. Die benötigte Energie wird durch einstellbare Düsen exakt dosiert und durch Umlufttechnologie bestmöglich genutzt. Die Flexibilität in der Konfiguration ermöglicht ein schnelles Anpassen an immer neue Materialien, die unterschiedlichste Anforderungen an die Trocknung haben. Damit setzt die Technologie neben Nachhaltigkeit auch auf Zukunftsfähigkeit.

Optionen für Unternehmen

Die modulare Trocknungstechnik könnte sich in allen Bereichen der industriellen Trocknung einsetzen lassen. Das KIT sucht Partner für die industrielle Weiterentwicklung sowie den Pilotanlagenbau.