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 10 ?m liegen, werden innerhalb desSPP 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 Strahl- und Wirbelschicht durch Vermischung der Einzelkomponenten und durch Aggregation mittels interpartikul?rer Haftkr?fte geformt. Hauptvorteil der Methode liegt in der l?semittelfreien und skalierbaren Prozessführung. Zun?chst werden Hochleistungsmaterialien mit hoher Energiedichte mit Festelektrolyt beschichtet, um Nebenreaktionen in der Batterie zu vermeiden.

Es stehen zwei neue Ans?tze zur Verfügung: Zum einen die Einführung eines Aerosols in einer Strahlschicht. Und zum anderen die Prozessierung in einer Wirbelschicht. In diesen Anlagen werden die beschichteten Komposite vorverarbeitet und anschlie?end auf ihre mechanischen Eigenschaften und Eigenschaften 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. Anschlie?end werden die beschichteten Partikel in den Anlagen zu Kompositen verarbeitet und auf Ihre Eigenschaften und Performance untersucht.

Die elektro-chemischen Eigenschaften, vor allem die ionische und elektrische Leitf?higkeit, werden in Gie?en von Prof. Janek untersucht. Durch den Austausch der Arbeitsgruppen im Rahmen des SPP werden die Prozessparameter, wie Feststoffmassenstr?me, Gasgeschwindigkeiten, Bettmassen und weitere Prozessparameter variiert und dadurch der Einfluss 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 der Prozesse 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 Beschichtungs- und Mischprozess 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.