Aufgabenstellung

Lithium-Ionen-Batterien zeichnen sich durch hohe Energie- und Leistungsdichten sowie lange Lebensdauer aus und gehören heute in verschiedenen Anwendungen zu den gefragtesten Energiespeichern. In den kommenden Jahren werden deren Produktionszahlen durch Elektrifizierung des Verkehrssektors und fort-schreitende Digitalisierung weiter steigen. Die Fertigung von Batterien ist bislang aufgrund starrer Ferti-gungsprozesse im Hinblick auf Format, Material und Stückzahlen limitiert. Die Flexibilisierung der Batterie-produktion weg von steifen, unflexiblen Prozessen hin zu einer dynamischen, agilen Fertigung ist Ziel eines großen Forschungsverbundes am KIT „AGILOBAT“. Im Rahmen eines Teilprojektes wird in der Arbeits-gruppe Thin Film Technology eine vollautomatisierte, agile Beschichtungs- und Trocknungseinheit zur Fertigung von Batterieelektroden entwickelt. Um die Energieeffizienz der geplanten Trocknungsanlage zu verbessern, soll der Wärmeeintrag während der Trocknung dabei nicht konvektiv durch Erwärmung der Trocknungsluft erfolgen, sondern konduktiv über eine isotherme Heizplatte, auf welcher die Elektroden platziert werden. Dabei soll die Möglichkeit bestehen, die Plattentemperatur dynamisch zu regeln, sodass die Trocknung in Form von mehrstufigen Trocknungsprofilen erfolgen kann. Inhalt dieser Bachelorarbeit ist die Auslegung eines Temperierungssystems für die beschriebene isotherme Platte. Hierzu soll zunächst ein geeignetes Modell für die thermische Simulation des Trocknungsvorgangs im Simulationsprogramm „COMSOL Multiphysics“ aufgebaut werden. Hierfür wird zunächst eine vereinfachte Plattengeometrie vor-gegeben. Mithilfe des Modells sollen die stationär benötigten Wärmeströme und daraus der benötigte Durchfluss des zur Plattentemperierung verwendeten Thermofluids bestimmt werden. Weiter soll in einer transienten Simulation evaluiert werden, in welchen Zeiträumen eine gewünschte Änderung der Plattentem-peratur erfolgen kann. Mithilfe der Simulationen sollen Optimierungsvorschläge bezüglich der Plattengeo-metrie erarbeitet werden. Unter Umständen kann abschließend eine konstruktive Ausgestaltung der iso-thermen Platte vorgenommen werden.