Batterie ist Trumpf – zweifelsohne das Credo der E-Mobilität. Kein Wunder also, dass TRUMPF sich mit technologischen Neuerungen in die Batterie-Wertschöpfungskette einbringt. Mit welchen Innovationen das Unternehmen neue Möglichkeiten beim Akku-Recycling und bei der Elektrodentrocknung eröffnet, verrät Johannes Bührle, „Director Global Business Development – Mobility & Global Sales – Battery“ bei TRUMPF, im Exklusiv-Interview mit den Battery-News.
Battery-News: Ihr Unternehmen hat vor kurzem eine neue Lasertechnologie für das Recycling von Elektrofahrzeug-Batterien vorgestellt. Wie sorgt das Verfahren für eine höhere Effizienz, und welche Auswirkungen hat das auf die Erfüllung der neuen EU-Recycling-Quoten?
Johannes Bührle: Das Recycling ist aus lasertechnischer Sicht für uns in zwei Bereiche aufgeteilt. Zum einen befassen wir uns mit dem „End of Life“-Batterie-Recycling, bei dem es im Wesentlichen um das Auftrennen von Packs und Modulen bis hin zur Zelle geht, um artgleiche Materialien zu schaffen und Materialkombinationen effizient voneinander zu trennen. Gehäuseschrauben sind häufig verklebt und lassen sich auf mechanische Weise nicht mehr lösen. Daher ist es wesentlich effizienter und schneller, solche Verbindungen gezielt aufzuschneiden, um beispielsweise Aluminium von einer Stahlschraube zu trennen und so das Gehäuse zu öffnen.
Battery-News: Ist dieser Prozess wirtschaftlich?
Bührle: Davon gehen wir aus, und das wird sich im Zuge der vermehrten Batterierückläufe demnächst genauer zeigen – je nachdem, wie viele Varianten es künftig gibt. Es macht einen Prozess natürlich wesentlich einfacher, wenn immer wieder die gleichen Bauteile kommen. Bei großer Variantenvielfalt muss die Maschine hingegen mit vielen unterschiedlichen Programme laufen. Die Wirtschaftlichkeit wird auch stark davon beeinflusst, wie sich die Zellchemie in den Zellen verändert. Wird es künftig weiterhin NMC- oder vermehrt LFP-Elektroden geben? Das sind alles Faktoren, die den Recycling-Prozess mehr oder weniger attraktiv machen werden.
„Unser Ansatz ist es, die Oberfläche mit Laser zu beschießen, damit sich das Aktivmaterial vom Substrat trennt.“
Battery-News: Was ist der zweite Bereich des Recyclings, der für Ihr Unternehmen interessant ist?
Bührle: Dabei geht es dann im Gegensatz zum „End of Life“ der Batterie um den Produktionsabfall, der beim Anlauf der Elektrodenfertigung entsteht. Gerade bei solchen hochindustriellen Prozessen sind schnell ein paar Kilometer schlechte Elektroden produziert, die im Idealfall recycelt werden, indem das Kupfer, das Aluminium als Substrat und das Aktivmaterial abgeschieden werden. Derzeit geschieht das unter sehr hohem Aufwand in Rüttelverfahren auf mechanische Weise. Unser Ansatz ist stattdessen, das thermisch zu lösen und die Oberfläche mit dem Laser zu beschießen, damit sich das Aktivmaterial vom Substrat trennt. Interessant wird es zu sehen, wie Nickel, Cobalt und so weiter darauf reagieren – also, ob durch den Laser irgendwelche Beschädigungen entstehen. Wir verwenden Ultrakurzpuls-Laser, damit die Wechselwirkungszeit möglichst gering ist.
Battery-News: Die Partnerschaft von TRUMPF und Cellforce hat zum Ziel, die Performance und die Energiedichte von Hochleistungsbatteriezellen zu verbessern. Wie tragen Ihre Lasersysteme dazu bei, die Produktionsprozesse zu optimieren und die Batteriekapazität zu erhöhen?
Bührle: Wir stehen mit Cellforce in engem Kontakt, wobei wir vor allem die Laseranwendungen in der gesamten Batterieproduktionskette gemeinsam betrachten. Das beginnt beim Trocknen der Elektroden, wo sich die Firma DÜRR als weiterer Partner der Cellforce Group mit ihrem speziellen Know-how einbringt. DÜRR verfügt über ein Alleinstellungsmerkmal: Dort kommt ein Verfahren zur beidseitigen Beschichtung zum Einsatz, was sonst so niemand macht. In dieser Konstellation haben wir eine Pilotanlage aufgebaut, mit der wir ein Hybridtrocknungsverfahren anwenden, indem wir Laser mit konventionellen Trocknungsverfahren kombinieren. Dadurch ergeben sich enorme Vorteile mit Blick auf den Anlagen-Footprint und die Betriebskosten.
„Es ist uns zum Beispiel gelungen, Spritzer zu reduzieren und die Ertragsrate zu erhöhen.“
Battery-News: Wie erreichen Sie das konkret?
Bührle: Das kommt dadurch zustande, dass die Laser einen sehr hohen elektrischen Wirkungsgrad haben und die Oberfläche der Elektrode in einem Conti-Prozess sehr homogen in der Fläche bestrahlen. Der konventionelle Trocknungsprozess ist eigentlich nur noch dazu da, die Feuchtigkeit und das Lösungsmittel aus dem Trocknungsraum zu bekommen. Daneben gibt es noch weitere Prozesse – vor allem die Fügeverfahren –, in denen wir für das Kontaktieren oder Verschließen der Zellen zum Schweißen den Laser nutzen. Dabei kombinieren wir eine Scanner-Technologie mit unserem Sensor und zum Teil auch mit KI-Filtern, um den Prozess besser zu überwachen. In der Strahlformung beispielsweise ist es uns gelungen, Spritzer zu reduzieren und die Ertragsrate zu erhöhen.
Battery-News: Welchen Einfluss wird die Integration von Laserprozessen mit grüner Wellenlänge, die Untersuchungen zufolge deutlich nachhaltiger sind, auf die künftige Produktion nehmen?
Bührle: Grüner Laser bietet gewisse Vorzüge – er hat aber auch Nachteile. Ein Vorteil liegt in der hohen Absorption auf hochgradig reflektierenden Materialien wie beispielsweise Kupferwerkstoffen. In vielen Elektronikbauteilen, wo dünne Materialien zum Einsatz kommen und wo der Grad des Wärmeeintrags von Bedeutung ist, hat der grüne Laser eine absolute Daseinsberechtigung und ein Alleinstellungsmerkmal. Wie erfolgreich er aber im Zellbereich ist, geben die Materialkombinationen vor. Vor allem, wenn kein Kupfer verwendet wird, lassen sich ähnliche Ergebnisse oft auch mit einem „Single Mode“-Laser erzielen, der von der Investition her günstiger ist. Grüner Laser ist limitiert in der Leistung und in der Strahlqualität. Haben wir es mit dickeren Materialien und Zellverbindungen zu tun, ist der Infrarot-Laser die wirtschaftlich bessere Lösung.
„Ich bin davon überzeugt, dass es eine Batterie-Evolution geben wird – in kleinen Schritten.“
Battery-News: Welche Bedeutung wird die Batterieproduktion womöglich in zehn Jahren haben? Welche technologischen Fortschritte und Möglichkeiten vermuten Sie bis dahin?
Bührle: Die Elektromobilität wird in Deutschland gerade wieder totgeredet. Ich glaube an die E-Mobilität. Ich glaube, es gibt keinen Weg zurück. Es wird natürlich auch hybride Lösungen geben, denn die Elektromobilität ist nicht die einzige und für alle Bereiche beste Option. Es gibt viele Meinungen und viele Studien. Innovative Batterietechnologien wie die Festkörperbatterie müssen auf jeden Fall noch viele technologische Hürden nehmen, so dass es in den nächsten fünf bis acht Jahren sicherlich keinen großen industriellen Umschwung geben wird. Aber ich bin davon überzeugt, dass es eine Batterie-Evolution geben wird – in kleinen Schritten, die die Zellchemie verbessern. Batteriemodule werden wahrscheinlich verschwinden, so dass zylindrische und prismatische Zellen ein direkter Teil des Fahrzeug-Chassis werden und die Pouch-Zellen verdrängen. Über solche Format-Entwicklungen hinaus erwarte ich für die nähere Zukunft aber erst mal keine größeren Veränderungen.
