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Polymerbasierte leitfähige Folien für planare Batterieanwendungen

Im Fokus der Forschung steht die Komponentenentwicklung für großformatige planare Bipolarbatterien, die u.a. im Automobilbereich eingesetzt werden können (EMBATT-Konzept). Dabei werden polymerbasierte Kunststofffolien entwickelt, um eine Alternative zu den bisher verwendeten Aluminiumfolien zu schaffen. Ziel ist eine im Technikumsmaßstab kontinuierlich herstellbare Folie mit einer Dicke von ca. 50 µm. Die Herausforderung bei der Rezeptur- und Prozessentwicklung liegt neben der homogenen Oberflächenbeschaffenheit insbesondere in der erforderlichen hohen elektrischen Leitfähigkeit der Folie. In extrudierten elektrisch leitfähigen Polymerkompositfolien ergeben sich richtungsabhängig unterschiedliche elektrische Leitfähigkeiten. Während des Verstreckprozesses bei der Filmextrusion werden 1D-Füllstoffe wie Kohlenstoffnanoröhrchen orientiert, was zu einem leitfähigen Netzwerk in der Verstreckrichtung führt und nur wenige Leitpfade in der Richtung der Foliendicke ermöglicht. Durch die Zugabe sphärischer Füllstoffe, wie z.B. Leitruß, die weniger stark orientiert werden, kann eine höhere elektrische Leitfähigkeit durch die Folie erzeugt werden [Kunz et al., Krause et al.]. Durch die Kombination geeigneter stofflicher und verarbeitungstechnischer Parameter (in Kooperation mit der Abteilung Verarbeitungstechnik) können am IPF dünne homogene Folien hergestellt werden, die eine Leitfähigkeit von ca. 1 S/m durch die Folie aufweisen. Der Funktionsnachweis der polymeren Durchleiterfolie im EMBATT-Konzept konnte anhand von Swagelokzellen basierend auf einer PVDF-Komposite-Folie und LNMO- und LTO-Elektroden erfolgreich erbracht werden [Fritsch et al.]. Damit stellen polymere Durchleiterfolien (PVDF, PP) eine geeignete Alternative zu Aluminiumdurchleitern dar.

Projekte

  • AIF-ZIM Projekt ZF4028415ZG8 „Planare Materialien für Batteriekomponenten für Automobile Anwendungen (PLANAR MABAT)“ TP: Materialentwicklung für elektrisch leitfähige Durchleiterfolien zur Anwendung in Batterien, 3/2019 - 6/2021
  • BMBF-Projekt 03XP00068-E „EMBATT2.0 - Material- und Prozessentwicklung für die effiziente Fertigung der großformatigen Bipolarbatterie EMBATT“, Kooperationsprojekt: Glatt Ingenieurtechnik GmbH , IAV GmbH, Fraunhofer IKTS Dresden, IPF Dresden, Isocoll Chemie GmbH, KMS Technology Center GmbH , Litarion GmbH , thyssenkrupp System Engineering GmbH, ULT AG, Laufzeit: 7/2016 - 6/2019

Relevante Publikationen

  • Karina Kunz, Beate Krause, Bernd Kretzschmar, Levente Juhasz, Oliver Kobsch, Wolfgang Jenschke, Mathias Ullrich, Petra Pötschke, Direction dependent electrical conductivity of polymer/carbon filler composites, Polymers 2019, 11(4), 591
  • Beate Krause, Karina Kunz, Bernd Kretzschmar, Ines Kühnert and Petra Pötschke, Effect of Filler Synergy and Cast Film Extrusion Parameters on Extrudability and Direction-Dependent Conductivity of PVDF/Carbon Nanotube/Carbon Black Composites, Polymers 2020, 12(12), 2992
  • Marco Fritsch, Matthias Coeler, Karina Kunz, Beate Krause, Peter Marcinkowski, Petra Pötschke, Mareike Wolter, Alexander Michaelis, Lightweight polymer-carbon composite current collector for lithium-ion Batteries, Batteries 2020, 6(4), 60

Ansprechpartner

Dr. Beate Krause
Dr. Petra Pötschke