Strahlschichtprozessierung zur Strukturierung von leitf?higen Batterieaggregaten
Projektleitung:
Prof. Dr.-Ing. habil. Stefan Heinrich
Technische Universit?t Hamburg
In diesem Projekt wird eine neuartige Strahlschichtanlage für die Erzeugung von Hetero-Aggregat-Kompositen optimiert. Die Komposite, die aus drei Materialien bestehen, sollen für den Einsatz in Feststoffbatterien geeignet sein. Die Materialien, deren Prim?rpartikelgr??en zwischen 40 nm und 1 μm liegen, werden innerhalb des SPP von der Arbeitsgruppe von Prof. Kwade in Braunschweig zur Verfügung gestellt und stellen Kandidaten für die Produktion von Hochleistungsbatterien dar. Die Komposite werden in der Strahlschicht durch Vermischung der Einzelkompenten und durch Aggregation mittels interpartikul?rer Haftkr?fte geformt. Hauptvorteil der Methode liegt in der l?semittelfreien und skalierbaren Prozessführung.
Für eine ausreichende Vermischung der drei Materialien werden zwei neue Ans?tze für die Einbringung von Feststoff in eine Strahlschicht untersucht: Zum einen die Einführung über eine zentrale, düsen?hnliche Zuführung, zum anderen die Einbringung über den Fluidiationsluftstrom. Nach dem Umbau einer bestehenden, miniaturisierten Strahlschichtanlage werden die Komposite erzeugt und auf ihre mechanischen Eigenschaften und die Zusammensetzung untersucht. Insbesondere die Stabilit?t der Aggregate sowie die Verteilung der einzelnen Stoffe innerhalb der Komposite sind entscheidende Faktoren für die sp?tere Anwendung in Feststoffbatterien.
Die elektro-chemischen Eigenschaften, vor allem die ionische und elektrische Leitf?higkeit, werden in Braunschweig untersucht. Durch den Austausch der Arbeitsgruppen im Rahmen des SPP werden die Prozessparameter, wie Feststoffmassenstr?me, Gasgeschwindigkeiten und Bettmassen, variiert und dadurch der Einfluss der Prozessparameter auf die Aggregatstruktur analysiert. Hierdurch werden die optimalen Bedingungen zur Erzeugung leistungsf?higer Komposite für den Einsatz in Feststoffbatterien ermittelt.Die Grundlage des Projekts ist die Auswertung und Erweiterung bereits bestehender theoretischer Modelle für interpartikul?re Kr?fte bei der Trockenbeschichtung.
Durch experimentelle und simulative Untersuchungen sollen die auftretenden Kr?fte, wie Koh?sion, Bruch und Kompression, die auf die Partikel w?hrend des Strahlschichtprozesses wirken, analysiert und quantifiziert werden. Die Str?mung in der Anlage wird über eine CFD-Simulation berechnet, um die Geschwindigkeitstrajektorien der Einzelpartikel zu bestimmen. ?ber diese Werte k?nnen die Einzelpartikelinteraktionen durch DEM simuliert werden.
Ziel dieser Arbeit ist es, das Verhalten beim trockenen Beschichtungsprozess in einer Strahlschicht anhand von numerischen Modellen für die Mikroprozesse vorherzusagen. Dies kann anschlie?end für die Bilanzierung des Prozesses mittels Populationsbilanzen genutzt werden, die wiederum für die Implementierung eines Modells in der Flie?schemasimulationssoftware Dyssol ben?tigt werden. Au?erdem werden so die Grundlagen für weitergehende gekoppelte CFD-DEM-Simulationen gelegt, die für die zweite F?rderperiode des SPP geplant sind.