Herausforderung ASSB: Wie Kleinstmischer von Eirich die Entwicklung beschleunigen
Der Eirich EL1nano erlaubt das präzise Mischen von Elektrodenmaterialien bereits ab 30 Millilitern, was in etwa zwei Esslöffeln entspricht. Damit sinkt der Materialverbrauch im Vergleich zu einem Eirich EL1-Mischer auf ein Zehntel.
Mischen im Millilitermaßstab
All-Solid-State-Batterien (ASSB) gelten als Meilenstein für die Energiespeicherung, doch ihr Weg in den Markt ist kosten- und ressourcenintensiv. Besonders die Elektrodenentwicklung ist kritisch: Während herkömmliche Batterierohstoffe wie NCM-Kathodenmaterialien für 50 bis 200 Euro pro Kilogramm erhältlich sind, liegen die Preise für neuartige Festkörperelektrolyte deutlich höher. Bei sulfidischen Systemen wie Lithium-Phosphor-Schwefelchlorid (LPSCl) oder argyroditischen Elektrolyten erreichen die Preise im Labormaßstab bis zu 10.000 Euro pro Kilogramm. Da Festelektrolyte in den Elektrodenmischungen einen Anteil von bis zu 30 Prozent einnehmen, können bereits kleine Versuchsreihen enorme Kosten verursachen.
Hinzu kommt die begrenzte Verfügbarkeit vieler Materialien in frühen Entwicklungsphasen. Forschende stehen deshalb vor dem Dilemma, mit sehr kleinen Mengen und wenig reproduzierbaren Methoden wie Mörsern zu arbeiten oder große Materialeinsätze in klassischen Labormaschinen zu riskieren. Beides liefert selten Ergebnisse, die sich verlässlich auf den Produktionsmaßstab übertragen lassen.
Der Eirich EL1nano wurde genau für diese Lücke entwickelt. Er erlaubt das präzise Mischen von Elektrodenmaterialien bereits ab 30 Millilitern, was in etwa zwei Esslöffeln entspricht. Damit sinkt der Materialverbrauch im Vergleich zu einem Eirich EL1-Mischer auf ein Zehntel. Trotz dieses kleinen Maßstabs erreicht der EL1nano eine Homogenität, wie sie für die Performance von Festkörperbatterien zwingend erforderlich ist: Aktivmaterialien, Festelektrolyte und Additive werden so gleichmäßig verteilt, dass eine belastbare Basis für reproduzierbare Zelltests entsteht.
Prozesskontrolle und Datenerfassung
Für die Entwicklung neuer Elektrodenmaterialien ist neben Materialeffizienz auch eine präzise Prozesskontrolle entscheidend. Der Mischer ermöglicht die Variation von Rezepturen und Parametern wie Mischzeit, Drehzahl oder Energieeintrag in kurzer Abfolge. Temperatur, Motorleistung und Prozessdauer werden kontinuierlich aufgezeichnet, die Daten können direkt für die Auswertung oder spätere Skalierungsfragen genutzt werden. So lassen sich im Labormaßstab systematische high-throughput Screening-Programme realisieren, die in der Batterieforschung an Bedeutung gewinnen.
Sicherheit in der Verarbeitung
Viele ASSB-Materialien reagieren empfindlich auf Feuchtigkeit oder Sauerstoff. Der Betrieb in Gloveboxen unter Schutzgasatmosphäre ermöglicht eine sichere Verarbeitung kritischer Stoffe wie sulfidischer Festelektrolyte oder Lithiummetall-Anoden. Zudem reduziert die Arbeit mit Kleinstmengen das Risiko bei reaktiven Pulvern oder Lösungsmitteln erheblich, während die geschlossene Arbeitsweise die Exposition gegenüber gefährlichen Stäuben minimiert.
Praktische Aspekte im Laborbetrieb
Der EL1nano verfügt über abnehmbare Werkzeuge und Mischbehälter, die eine schnelle Reinigung ermöglichen und Kreuzkontaminationen verhindern. Die kompakte Bauweise mit integrierter Steuerung erfordert nur wenig Stellfläche, und der Energieverbrauch ist aufgrund kurzer Mischzeiten und geringer Erwärmung niedrig. Zusätzliche Kühleinrichtungen sind in der Regel nicht erforderlich.
Nahtlose Skalierbarkeit
Ein wesentlicher Vorteil liegt in der Übertragbarkeit: Die Ergebnisse lassen sich aufgrund geometrisch ähnlicher Mischprinzipien nahezu ohne Anpassung von Kleinstmengen auf Pilot- und Produktionsanlagen übertragen. So entfällt der sonst übliche Bruch zwischen Labor- und Industrieumgebung, und Entwicklungsarbeit muss nicht auf anderen Mischprinzipien wiederholt werden.
