de.wedoany.com-Bericht: Einem Forschungsteam des Korea Institute of Materials Science (KIMS, Direktor Choi Cheol-jin) ist es in Zusammenarbeit mit dem Team von Insung Hwang vom Korea Electrotechnology Research Institute (KERI) gelungen, die erste südkoreanische Trockenelektroden-Herstellungstechnologie auf Basis formkontrollierter Graphitpartikel zu entwickeln. Diese Technologie ermöglicht die Herstellung von Hochleistungsbatterien ohne den Einsatz von Polytetrafluorethylen, einem Schlüsselmaterial in herkömmlichen Trockenelektrodenverfahren. Es wird erwartet, dass sie die Reichweite von Elektrofahrzeugen verlängert, die Ladezeit verkürzt und die Kommerzialisierung umweltfreundlicherer Batterieherstellungsverfahren der nächsten Generation beschleunigt.
Mit der wachsenden Nachfrage nach Elektrofahrzeugen und Energiespeichersystemen verschärft sich der Wettbewerb um die Entwicklung von Batterien mit höherer Energiedichte. Die Trockenelektroden-Technologie gilt aufgrund der Reduzierung des Einsatzes organischer Lösungsmittel und von Trocknungsprozessen bei der Batterieherstellung als vielversprechende Produktionsmethode der nächsten Generation. Diese Methode bietet erhebliche Vorteile bei der Senkung der Herstellungskosten und der Kohlenstoffemissionen. Die meisten bestehenden Trockenelektrodenverfahren sind jedoch stark auf Polytetrafluorethylen angewiesen, sodass die Entwicklung einer alternativen Technologie eine zentrale Herausforderung darstellt.
Polytetrafluorethylen dient als Schlüsselbindemittel, um die verschiedenen Komponenten der Trockenelektrode miteinander zu verbinden. In der Anodenumgebung kann es jedoch zu Leistungseinbußen führen, und die Umweltproblematik fluorhaltiger Materialien rückt zunehmend in den Fokus. Durch die Anwendung des in der kommerziellen Nass-Elektrodenherstellung weit verbreiteten CMC-SBR-Bindemittelsystems und die Neugestaltung der Graphitpartikelstruktur gelang es dem Forschungsteam, eine PTFE-freie Trockenanode zu entwickeln.
Die Forscher stellten mittels eines Sprühtrocknungsverfahrens aus einer Aufschlämmung bestehend aus Graphit, Leitfähigkeitsadditiven und Bindemittel zusammengesetzte Graphitpartikel her. Während des Granulierungsprozesses wurden die herkömmlichen plättchenförmigen Graphitpartikel zu Partikeln mit einer zufällig orientierten, isotropen inneren Struktur zusammengesetzt, im Gegensatz zu der hochgradig orientierten Struktur, die sich üblicherweise bei der herkömmlichen Elektrodenverarbeitung bildet. Diese isotrope Anordnung schafft multidirektionale Lithiumionen-Transportwege, verringert orientierungsbedingte Transporteinschränkungen und mildert die bei dicken Trockenelektroden während Lade-/Entladezyklen häufig auftretende Leistungsdegradation.
Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass die entwickelte Trockenanode im Vergleich zu herkömmlichen aufschlämmungsbasierten Anoden eine hervorragende Schnellladefähigkeit und langfristige Zyklenstabilität aufweist. Die Technologie verbessert zudem die Lithiumionen-Diffusionseigenschaften unter Bedingungen hoher Energiedichte und bestätigt ihr Potenzial für Hochkapazitätsbatterien auf Basis dicker Elektrodenarchitekturen, wodurch eine technische Grundlage für Batterien geschaffen wird, die eine lange Reichweite und schnelles Laden ermöglichen.
Es wird erwartet, dass die Technologie in Elektrofahrzeugen, Energiespeichersystemen und Batterien der nächsten Generation mit hoher Energiedichte Anwendung findet. Aufgrund der Verwendung des in der Industrie weit verbreiteten CMC-SBR-Bindemittelsystems bietet die Technologie Vorteile für die Großserienfertigung und verspricht, durch Minimierung des Lösungsmitteleinsatzes und der Trocknungsprozesse die Herstellungskosten und Kohlenstoffemissionen zu senken.
Der leitende Forscher am KIMS, Yoon Ji-hee, erklärte, dass diese Technologie einen neuen Ansatz darstelle, der die Grenzen herkömmlicher PTFE-basierter Trockenelektrodenverfahren überwinden könne, und voraussichtlich in hohem Maße für Batterien der nächsten Generation in Elektrofahrzeugen geeignet sei, die eine hohe Energiedichte und schnelle Ladefähigkeit erfordern.
Diese Forschung wurde durch das institutionelle Forschungsprojekt des KIMS, das kreative Konvergenzforschungsprojekt des National Research Council of Science and Technology, das Material- und Komponententechnologie-Entwicklungsprojekt (alle gefördert vom Ministerium für Wissenschaft und IKT) sowie das Maschinen- und Anlagentechnologie-Entwicklungsprojekt (gefördert vom Ministerium für Handel, Industrie und Energie) unterstützt. Die Forschungsergebnisse wurden am 21. April 2026 online in der Fachzeitschrift für Energiespeicherung „Energy Storage Materials“ (Impact Factor: 20,2) veröffentlicht.
