„HyDry“: RWTH Aachen forscht an neuen Trocknungsverfahren

Der Lehrstuhl „Production Engineering of E-Mobility Components“ (PEM) der RWTH Aachen befasst sich in dem für zwei Jahre vom BMWK geförderten Forschungsprojekt „HyDry“ mit einem neuartigen hybriden Trocknungsverfahren – für die Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseuren.

rwth aachen pem lamda technology hybrides trocknungsverfahren hydry 2024 — Bild: Lamda Technology

Wenn Folien oder Membranen dünn mit einem anderen Material beschichtet werden müssen, geschieht das üblicherweise im sogenannten Nassverfahren – egal ob bei Elektroden für die Batterieproduktion oder Membran-Elektroden-Einheit für Brennstoffzellen. Auch wenn sich die Beschichtungsverfahren im Detail unterscheiden, sind sie an einem Punkt gleich: Um die Lösungsmittel aus der flüssigen Elektroden- oder Katalysatorbeschichtung zu entziehen, müssen diese getrocknet werden.

Das ist ein entscheidender Fertigungsschritt, da der Energieverbrauch der Trocknung ein wichtiger Faktor beim CO2-Fußabdruck der Fertigung und auch bei den Kosten ist. Den aktuellen Stand der Technik bilden Konvektionstrocknungssysteme, bei denen Heißluft verwendet wird – entweder aus Infrarot-Strahlern oder in einem Brenner aus fossilen Quellen, oftmals Erdgas. Da diese Trocknungsanlagen – also überdimensionierte Öfen – 40 bis 80 Meter lang sind, ist der Energieverbrauch entsprechend hoch. Und da die Elektrodenproduktion in Reinräumen erfolgt, müssen diese sehr groß sein, was wiederum die Bau- und Betriebskosten erhöht.

Bis zu 70 Prozent weniger Energie

Für das neue Verfahren nutzen die Aachener Forscher um PEM-Leiter Achim Kampker einen Lösungsansatz des bayerischen Forschungspartners Lambda Technology. Dieser sieht ein hybrides Trocknungsverfahren mit zwei Energiequellen vor – Konvektion und „Nahes Infrarot“ (NIR). Kampker sieht darin ein „vielversprechendes Verfahren, das eine wesentlich effizientere Trocknung und die Senkung des Energieverbrauchs ermöglicht“.

Gegenüber reinen Infrarot-Boostern soll laut der RWTH der Energiebedarf um 30 Prozent gesenkt werden. Im Vergleich zu bisherigen Konvektionstrocknungssystemen soll sogar ein um um 70 Prozent verminderter Energieaufwand möglich sein. Denn Lambda Technology nutzt nicht nur zwei verschiedene Energiequellen, um deren Vorteile optimal auszuspielen. Das Verfahren soll auch in der Lage sein, die Wärmeenergie der Abluft und der NIR-Strahlung wiederzuverwerten – was die Effizienz weiter erhöht und den Energiebedarf senkt.

Der RWTH-Lehrstuhl PEM forscht im Rahmen des Gemeinschaftsvorhabens an einem automatischen Qualitätssicherungsverfahren für die neuartige Trocknungsmethode. Darüber hinaus soll das PEM-Team einen Prüfstand für Versuche entwickeln, mit denen die Forschenden während der zweijährigen Projektphase geeignete Betriebsstrategien für das neue Verfahren ermitteln können.

Zudem soll ein Berechnungsmodell entwickelt werden, mit dem Korrelationen von Produkt- und Prozessparametern identifiziert werden können. Im späteren Verlauf soll das Berechnungsmodell mit den Produkt- und Prozessparametern kombiniert werden, „um Aussagen über die Rolle-zu-Rolle-Produktion treffen zu können“.

Gefördert wird „HyDry“ vom Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz (BMWK).

rwth-aachen.de (Mitteilung), rwth-aachen.de (Projektseite)