Die größte Herausforderung für eine industrielle Produktion von Festkörperbatterien mit hoher Energiedichte liegt darin, Kathoden und Elektrolyte herzustellen, die aus extrem feinen keramischen Schichten aufgebaut sind. Als effizientes Verfahren zur Herstellung solcher Schichten hat sich in den letzten Jahren die Pulveraerosoldepositionsmethode (PAD) etabliert.

Mit diesem Sprühverfahren lassen sich dichte Keramikschichten auf sehr verschiedene Arten von Materialien aufbringen, beispielsweise auf Stahl, Glas, Silizium oder Kunststoff. Wie hoch die entstehenden Schichten im Einzelnen sind, lässt sich im Voraus exakt festlegen. In der Regel sind sie zwischen 0,5 und 50 Mikrometer dünn. Zum Vergleich: Ein Haar eines Menschen misst etwa 60 Mikrometer.

Die Gesamtleitung von Ad-Batt („Aerosoldeposition zur Herstellung von Batterien mit gradierter Kathode“) liegt bei Prof. Ralf Moos, Inhaber des Lehrstuhls für Funktionsmaterialien an der Universität Bayreuth. Gemeinsam mit seinem Forschungsteam hat er in den letzten Jahren die Weiterentwicklung der PAD vorangetrieben. „Die Pulveraerosoldepositionsmethode ist ein leistungsstarkes und zugleich umweltfreundliches Verfahren. Wir wollen es jetzt einsetzen, um im Bereich der Festkörperbatterien eine volumetrische Energiedichte von 1.150 Wh/l zu realisieren“, sagt der Bayreuther Ingenieurwissenschaftler. Zur Einordnung: Aktuelle kommerzielle Lithium-Ionen-Batterien liegen etwa im Bereich von 400 Wh/l.

Die Beschichtung kann bei Raumtemperatur durchgeführt werden, ist kostengünstig und verbraucht nur wenig Energie. Daher ist die PAD eine nachhaltige Methode und insofern auch ein Beitrag auf dem Weg zur „grünen Batterie“.

Ein wichtiger Aspekt der Forschungsarbeiten ist die Entwicklung eines Verfahrens, das es ermöglicht, Kathoden mit variablen Anteilen unterschiedlicher Materialtypen herzustellen. Hierzu zählen das Kathodenaktivmaterial, das Festelektrolytpulver und elektronisch leitfähige Additive.