Batteriebau Parallelbearbeitung per Laser steigert Batterieperformance

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Das EU-Infrastrukturprojekt „NextGenBat“ hat zum Ziel, die Leistung von mobilen Energiespeichern mit neuen Materialien und laserbasierten Herstellungsverfahren enorm zu steigern.

Um die Performance mobiler Batteriespeicher deutlich zu pushen, verfolgen die Projektbeteiligten die Parallelisierung von Laserbearbeitungsprozessen. Über eine Spezialoptik werden damit bis zu einigen Hundert Teilstrahlen des Lasers erzeugt, die dann gleichzeitig zur Bearbeitung genutzt werden können. Doch nur eine Handvoll Spezialfirmen wie Pulsar Photonics beherrsche diese Parallelisierung des Laserbearbeitung.

Am Anfang stand das Megaprojekt EFRE

Zwei Jahre lang wurde an sechs Instituten in Aachen, Jülich und Münster mit einem Etat von 10 Millionen Euro eine zukunftsweisende Infrastruktur für neue Produktionstechniken und Produktionskonzepte geschaffen. Es sollte die bereits in NRW vorhandene Forschungsinfrastruktur ausbauen, um optimale Bedingungen für regionale Unternehmen zur Erforschung und Entwicklung von Batterien der nächsten Generationen zu schaffen.

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Die Vorarbeiten des sogenannten EFRE-Projekts setzt die Pulsar Photonics aus Herzogenrath nun in die Tat um. Das 2013 gegründete Spin-off des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT, ist laut Financial Times eines der Top-1.000 erfolgreichsten Unternehmen Europas. Den Erfolg verdanke es seiner Kompetenz auf dem Gebiet der Lasermikrobearbeitung. Pulsar entwickelt Prozesse und anwendungsspezifische Optiksysteme und integriert diese für die Anwender in serienfertige, industriereife Anlagen. So könnten Laserquelle, Optik, Sensorik und Software in einem maßgeschneiderten Gesamtsystem kombiniert werden. In Eigenentwicklung entstehen optische Komponenten und Systeme zur Strahlformung und Multistrahlbearbeitung, mit denen sich das Bearbeitungstempo steigern lässt.

Mit neu entwickelter Optik zum Effizienzmaximum

In Sachen Batterietechnik entstand am ILT eine Rolle-zu-Rolle-Anlage, die Elektroden für Lithiumionenzellen trocknet und strukturiert, um so neue Eigenschaften zu erzeugen, wie etwa eine höhere Kapazität zur Steigerung der Schnellladefähigkeit. Sie wurde nicht im Labormaßstab, sondern gleich als industriell einsetzbare Anlage errichtet, um die Batterieproduktion unter realen Bedingungen zu erproben. Die dabei gesammelten Erkenntnisse helfen nun auch Pulsar Photonics.

Pulsar entwickelte eine neue Optik namens Multibeammultiscanner, bei der sich die Leistung des Lasersystems auf eine Vielzahl von Teilstrahlen aufteilen lässt. Das Verfahren hat sich besonders bei Ultrakurzpuls-Lasern (UKP-Laser) bewährt, deren Leistung sich bei Einzelstrahlprozessen unter anderem wegen der zu hohen thermischen Belastung vom Werkstück sonst nur begrenzt steigern lässt. Mit mehreren parallel arbeitenden Laserstrahlen ließe sich ein Szenario darstellen, bei dem jeder einzelne Teilstrahl an seinem Effizienzmaximum arbeite.

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