Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen entwickelt im „EXIST“-Forschungstransfer-Projekt „LIMA“ ein innovatives Verfahren zur Schmelzbeschichtung für die Herstellung ultradünner Lithium-Metall-Anoden. Im Gegensatz zum kostenintensiven, in der Schichtdicke begrenzten und schwierig skalierbaren Stand der Technik, ermöglicht die neue Methode eine preiswerte und industriell umsetzbare Produktion von Lithium-Folien mit optimierten elektrochemischen Eigenschaften.
Kern der Technologie ist die kontrollierte Applikation flüssigen Lithiums auf Substratfolie. Ultradünne Lithium-Metall-Anoden gelten als Schlüsselkomponenten für Batterien der nächsten Generation – insbesondere für Festkörperbatterien –, da sie eine deutlich höhere Energiedichte erlauben. Diese ist essenziell, um die Reichweite von Elektrofahrzeugen zu steigern und schwierig elektrifizierbare Anwendungen – etwa in der Luftfahrt oder in der Schifffahrt – zu ermöglichen. Konventionelle Lithium-Ionen-Batterien mit Graphit-Anoden stoßen indes allmählich an physikalische Grenzen. „Die neue Technologie verfügt über das Potenzial, eine europäische unabhängige Produktionskapazität für Lithium-Metall-Anoden zu schaffen“, sagt PEM-Leiter Professor Achim Kampker.
Sparpotential bei Lithium
Intention des EXIST-Programms ist die Ausgründung eines Unternehmens, um Forschungsergebnisse mit Gründungspotenzial weiterzuentwickeln. Konkretes Ziel ist es, Fragen in Zusammenhang mit der Umsetzung wissenschaftlicher Ergebnisse in technische Produkte und Verfahren zu klären, die darauf basierende Geschäftsidee zu einem Geschäftsplan auszuarbeiten und die geplante Unternehmensgründung vorzubereiten. Das „LIMA“-Team besteht aus den Aachener Forschenden Gerrit Bockey, Jonas Gorsch, Junia Dietert und Hendrik Minis Pai.
Mit dem „LIMA“-Verfahren lasse sich in hohem Maße Lithium einsparen – abhängig von der Ausgangsdicke der verwendeten Folien. Beim klassischen Prozedere werden Lithiumfolien mit Hilfe aufwendiger, mehrstufiger Walzprozesse hergestellt, bei denen 100 Mikrometer starke Folien auf 30 bis 70 Mikrometer ausgewalzt und anschließend auf Kupferfolie laminiert werden. Da viele Anwendungen jedoch nur 20 bis 25 Mikrometer benötigen, entsteht beim bisherigen Verfahren ein erheblicher Materialverlust. Die „LIMA“-Methode erfordert kein Laminieren. Stattdessen wird ein Lithiumbarren aufgeschmolzen, was weitere Kostenvorteile mit sich bringt. Neben der Materialeinsparung bietet das Konzept eine höhere Prozesskontrolle und Flexibilität: Die Schichtdicke lässt sich präzise steuern, ohne eine bisher notwendige mechanische Nachbearbeitung.
