Interview mit Dr. Falko Schappacher

»Batteriezellproduktion gelingt nur durch Kooperation«

Dr. Falko Schappacher, kaufmännisch-technischer Direktor am MEET.
© Schappacher
Dr. Falko Schappacher, kaufmännisch-technischer Direktor am MEET.

Von Materialwissenschaft über Batteriezelltechnologie und -produktion bis hin zu Produktionstechnik und -systematik sowie dem Wertschöpfungskreislauf von Batterien – das Wissenschaftsteam des MEET Batterieforschungszentrums der Westfälischen Wilhelms-Universität bringt umfangreiches Know-how in die Forschungsfertigung Batteriezelle (FFB) des Fraunhofer Instituts für Produktionstechnologie ein. Mit weiteren führenden Expert*innen der deutschen Batterie- und Produktionstechnik bündeln die MEET Forscher*innen um Prof. Dr. Martin Winter und Dr. Falko Schappacher in der FFB Fachwissen für den Standort Deutschland.

Warum Batteriezellproduktion nur durch intensive Kooperation gelingen kann und welche Rolle Elektrochemie und Materialwissenschaft in der Produktion einnehmen, berichtet Dr. Falko Schappacher, kaufmännisch-technischer Direktor am MEET Batterieforschungszentrum, im Interview.

Herr Dr. Schappacher, wie bringen sich die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des MEET Batterieforschungszentrums beim Aufbau der Forschungsfertigung Batteriezelle ein?

Das MEET Team ist auf die Batteriezelltechnologie und -produktion mit einem besonderen Fokus auf die chemischen Prozesse, Materialien und Eigenschaften spezialisiert. Die Basis bilden unsere Forschungsergebnisse zur Batteriezellproduktion im Labor- und Pilotmaßstab, das Zelldesign wie auch die Zellcharakterisierung. Wir haben seit 2011 unterschiedliche Batteriezell-Fertigungslinien am MEET, an denen zum Beispiel innovative Ansätze für das Mischen, Beschichten, Schneiden und Assemblieren der Batteriezellen entstehen. Neben etablierten Prozessen für Lithium-Ionen-Batterien befassen wir uns mit dem Aufbau einer durchgehenden Produktionslinie für die Herstellung von Lithium-Metall- bzw. Feststoffbatterien. Dieses Wissen fließt in die Forschungsfertigung Batteriezelle ein – sowohl bei strategischen Entscheidungen im Executive Board als auch bei operativen Fragen wie der Laborplanung.

In Münster besteht eine Kooperation zwischen den Alexianer Werkstätten und der Forschungsfertigung Batteriezelle. Wie sieht diese Zusammenarbeit aus?

Im »FFB Workspace« im »AlexProWerk« wird eine Muster-Produktionslinie errichtet, die zu Beginn den Prozess vom Mischen bis zur beschichteten Elektrode abbildet und damit einen Teil des geplanten Fertigungsbetriebes der Forschungsfertigung Batteriezelle darstellt. In diesem »FFB Workspace«, einem Reinraum, entwickelt das FFB-Team die Elektrodenfertigung. Im Rahmen der Arbeiten im »AlexProWerk« werden auch erste Maschinen der zukünftigen FFB in Betrieb genommen. Zudem werden Mitarbeitende der Alexianer Werkstätten geschult und an der Muster-Produktionslinie mitarbeiten.

Kooperation ist auf mehreren Ebenen ein wichtiges Stichwort für die Forschungsfertigung Batteriezelle. Sie ist ein Angebot an die komplette Forschungslandschaft in Deutschland: Kleine und mittlere Unternehmen, aber auch Großunternehmen und Forschungseinrichtungen können die entstehenden Innovationslabore und -module nutzen. Dort können sie ihre Innovationen auf ein höheres Technology Readiness Level (TRL) vorantreiben und in einer seriennahen Produktionsumgebung für Batteriezellen erproben, umsetzen und optimieren. Das FFB-Team unterstützt dabei mit seinem Wissen. Die Wissenschaft fließt direkt in die Praxis und umgekehrt.

Und welche wissenschaftlichen Bereiche sind für die Batteriezellproduktion besonders wichtig?

Neben der Batteriezell- und der Produktionsforschung spielt auch die Materialwissenschaft eine entscheidende Rolle. Eine Batteriezelle besteht aus Materialien; die Materialkosten machen 70 bis 80 Prozent der Gesamtkosten der Zelle aus. Bei der Produktion definieren sie zum einen die Umgebungsbedingungen bei der Fabrikplanung: Viele Materialien haben unterschiedliche, teils besondere Anforderungen an die Labore, in denen sie hergestellt oder verarbeitet werden. Das müssen wir berücksichtigen. Zum anderen bestimmen die verwendeten Materialien maßgeblich die elektrochemischen Eigenschaften einer Batteriezelle, wie die Performanz und damit die Leistung einer Zelle, und beeinflussen Aspekte wie Zuverlässigkeit und Sicherheit. Dadurch sind sie mit die wichtigsten Optimierungsparameter bei der Produktion.

Entscheidend für den Erfolg in der Batteriezellproduktion ist jedoch eine gelebte Interdisziplinarität: Erst durch die intensive Zusammenarbeit von Naturwissenschaften, Ingenieurswissenschaften und Wirtschaftswissenschaften können Potenziale voll ausgeschöpft werden.