Prismatische Zellen ähneln in ihrem Aufbau einer Pouchzelle, nur dass es sich beim äußeren Gehäuse um ein Hardcase handelt. Je nach Anwendung sind ein bzw. mehrere Zellstapel oder Flachwickel eingebracht. An Terminals, welche im Deckel eingelassen sind, erfolgt die Kontaktierung der Ableiterfähnchen. Da mehrere Zellverbunde vorhanden sein können, ist dieses Design komplexer als beispielsweise die Pouchzelle. Ebenso kann, neben dem Stapeln der Elektroden, die Herstellung des Elektrodenstapels auch über Wicklung erfolgen, ähnlich wie bei der Rundzelle. Der Zellstapel wird schlussendlich in das Gehäuse verpackt, welches mit Elektrolyt befüllt und anschließend verschlossen wird.

Vor- und Nachteile der prismatischen Zelle

(+) Sicherheit und Wärmemanagement

(-) Leistungs- und Energiedichte

FFB PrismCell medium und FFB PrismCell Large

Die Fraunhofer FFB wird zwei Modelle der prismatischen Zelle herstellen, die sich in den Abmessungen unterscheiden: Die FFB PrismCell medium wird 100mm kürzer und auch einige Millimeter weniger an Breite abmessen als die FFB PrismCell Large. Mit diesen beiden Größen decken wir die wichtigsten Anwendungsgebiete prismatischer Zellen ab.

• FFB PrismCell medium: stationäre Speichersysteme
• FFB PrismCell large: E-Mobilität

Je Modell wird es jeweils eine »High Power« und eine »High Energy« Variante geben, die sich in den verwendeten Zellchemien voneinander unterscheiden.

Die ersten Prototypen werden vorraussichtlich noch in diesem Sommer 2023 produziert. Die Produktion des Large-Modell ist ab 2025 in der »FFB PreFab« geplant, wohingegen die Medium-Zellen der »FFB Fab« vorbehalten sind. In der »FFB PreFab« nutzen wir die Synergie zwischen Pouchzelle und prismatischer Zelle: Auf der Pouchlinie gefertigte Zellstapel können für die Fertigung der prismatischen Zelle verwendet werden.

Forschungsschwerpunkte rund um die prismatische Zelle sind das Kontaktiersystem, Sicherheitselemente, Deckelbaugruppen, die Produktionsoptimierung und die Nutzbarkeit der hier gewonnenen Ergebnisse für neue Zellchemien (z.B. Natrium-Ionen und ASSB). 

In Pouchzellen werden mehrere Anoden und Kathoden abwechselnd aufeinander gestapelt (z.B. über Einzelblattstapeln oder auch über das Z-Falte-Verfahren), welche durch einen Separator getrennt sind. An jeder Elektrode befinden sich sogenannte Ableiterfähnchen zur Kontaktierung. Dabei wird zwischen dem sogenannten Counter-Tab (Ableiterfähnchen gegenüberliegend) und dem One-Sided-Tab (Ableiterfähnchen auf der gleichen Seite) Design unterschieden. Der Elektrodenstapel wird in einer flexiblen Pouchfolie eingeschweißt, mit Elektrolyt befüllt und verschlossen.

Vor- und Nachteile der Pouchzelle

(+) Flexibilität und Kosten

(–) Leistungsfähigkeit und Stabilität

Die Pouchzellen der FFB

In der FFB werden derzeit drei verschiedene Pouchzellen ausgearbeitet. Ähnlich wie bei der Rundzelle spielt dabei eine hohe spezifische Energie (High Energy) oder eine schnelle Verfügbarkeit dieser (High Power) eine Rolle. Aber auch die Lebensdauer stellt einen sehr wichtigen Faktor dar, weshalb zusätzlich eine weitere Zelle entwickelt wird, bei welcher, durch die passende Zellchemie, die Langlebigkeit stark erhöht wird.

Die Grundlage der zylindrischen Zelle liefert einen Wickel (bzw.Jellyroll). Dieser wird aus langen Bahnen, bestehend aus der Anode, dem Separator und der Kathode, gefertigt, welche aufgewickelt werden. Der Wickel befindet sich in einem zylindrischen Metallgehäuse, welcher anschließend mit Elektrolyt befüllt und verschlossen wird.

Vor-und Nachteile der zylindrischen Zelle

• (+) Energiedichte und Fertigungskosten
• (-) Flexibilität und Wärmemanagement

Die Rundzellen der FFB

In der derzeitigen Entwicklung befinden sich zwei verschiedene Rundzellen mit einer Höhe von 70mm und einem Durchmesser von 21mm (Format21700). Erarbeitet wird eine Variante, welche eine hohe Energiedichte besitzt (HE) und eine weitere, die hinsichtlich ihrer Leistung optimiert ist (HP).