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Die Glatt Pulversynthese bietet ein vielseitiges Werkzeug für die Entwicklung und industrielle Fertigung innovativer Batteriewerkstoffe. Die hochflexible Technologie eröffnet die Möglichkeit, Anoden- und Kathodenwerkstoffe sowie Feststoffelektrolyte in nur einem Schritt herzustellen und zu veredeln. Der Schlüssel zur Wirksamkeit dieses Verfahrens sind die besonderen Bedingungen im pulsierenden Heißgasstrom.

Während die Akkukapazität von Computern und mobilen Endgeräten ein akzeptables Maß erreicht hat, besteht insbesondere bei der Elektromobilität noch Entwicklungsbedarf hinsichtlich Reichweite und Ladegeschwindigkeit. Die Suche nach Lösungen für diese Defizite ist aktuell der Innovationstreiber für neue Batteriewerkstoffe. Mit der Glatt Pulversynthese steht eine Technologie zur Verfügung, die bereits in der Produktion, Aktivierung und Beschichtung neuartiger Batteriewerkstoffe zum Einsatz kommt.

Bei der von Glatt Ingenieurtechnik, Weimar, entwickelten Technologie zur Erzeugung eines homogenen Pulvers wird aus den Ausgangsrohstoffen eine stöchiometrische Mischung erzeugt, getrocknet und wenn nötig kalziniert. Mit diesem Ansatz lassen sich auch geringe Mengen an Dotierungselementen homogen in den jeweiligen Batteriewerkstoff einbringen, um Leistungsmerkmale wie Kapazität und Ladeverhalten zu optimieren.

Die Haltbarkeit und damit die Performance der aktiven Batteriematerialien hängt unter anderem von Nebenreaktionen mit dem Elektrolyten ab. Dies ist wiederum abhängig vom angewendeten Spannungsfenster. Mit dem Wunsch nach höheren Energiedichten wird ein Schutz der Partikeloberfläche von Anoden- oder Kathodenwerkstoffen erforderlich. Hierfür kann die Glatt Pulversynthese verwendet werden, um die Aktivmaterialien zu beschichten. Für Core-Shell-Partikel wird das Schichtmaterial in gelöster Form zusammen mit dem Kernmaterial in Form einer Suspension in einen pulsierenden Heißgasstrom eingesprüht, so dass das Coating-Material auf den Kern auftrocknet und gegebenenfalls kalziniert. Die Prozesstemperaturen können dabei von Raumtemperatur bis 1300 °C eingestellt werden. Dadurch ergeben sich nahezu unendliche Kombinationsmöglichkeiten zwischen Schicht- und Kernmaterial. Vier konkrete Einsatzszenarien zeigen die Möglichkeiten der Technologien von Glatt Ingenieurtechnik für moderne Batteriewerkstoffe.

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Kathodenmaterialien durch aerosolbasierende Prozessierung

... Die üblichen mehrstufigen Produktionsschritte können hier durch eine aerosolbasierende Prozessierung reduziert werden. Die Partikelgröße und die Morphologie können über die Anlagenparameter Temperatur, Schwingungsfrequenz und -amplitude gezielt beeinflusst werden....

Anodenmaterial aus Silizium-Kohlenstoff

... Die technische Herausforderung bei Silizium liegt in der während des Lade-/Entlade-Zyklus auftretenden Volumenänderung, die auf Dauer zum Bruch der Partikel, dem Kontaktverlust zum Stromableiter und zu einem fortlaufenden Abtrag der schützenden Grenzschicht zwischen Silizium und Elektrolyt führen kann. Silizium-Kohlenstoff-Verbundmaterialien können dieses Problem lösen: Das Kohlenstoffgerüst kompensiert die Volumenänderung des Siliziums und schützt es als elastische Schicht vor dem direkten Kontakt mit dem Elektrolyten....

Neue Wege für oxidische Feststoffelektrolyte

...Die Pulversynthese findet dabei im Rahmen verschiedener Projekte für die Entwicklung von oxidischen Feststoffelektrolyten Anwendung, insbesondere von Lithium-Lanthan-Zirkon-Oxid (LLZO) und dotierten Varianten auf Basis kostengünstiger Rohstoffe. Die Einstellung von Partikelgröße, Schüttdichte und Morphologie erfolgt durch Anpassung verschiedener Parameter und die Weiterverarbeitung der Pulver zu keramischen Folien ist ebenfalls möglich....

Beschichtete Kathodenwerkstoffe für Langzeitstabilität

... Ein neuartiger Ansatz ist die Beschichtung der Kathodenwerkstoffe, um sie vor Herauslösung aktiver Elemente (z. B. Mangan) oder anderen unerwünschten Reaktionen bei Elektrolytkontakt zu schützen.....

Vom Pulver zum optimalen Rohstoff

... Verschiedene Prozesse auf Basis der Wirbelschichttechnologie erleichtern nachfolgende Prozessschritte. Sie verbessern Homogenität und Rieselfähigkeit der prozessierten Partikel, ...