Plus und Minus in einer Elektrode – macht man da nicht einen Kurzschluss? Nein, denn den Kern der Bipolarelektrode bildet eine elektrisch leitfähige, aber für Ionen undurchlässige Trägerschicht (bei uns sind das spezielle, dünne Metallfolien).
Auf die vordere Fläche kommt eine Kathodenaktivschicht (das ist ein Material, das beim Laden Lithium-Ionen abgibt) und auf die rückseitige Fläche kommt eine Anodenaktivschicht (dieses Material nimmt Lithium beim Laden auf), d.h. die zwei unterschiedlichen Aktivschichten berühren sich nicht, liegen aber – kurz aufpassen! – auf dem gleichen elektrischen Potential.
Legt man nun auf eine Bipolarelektrode eine sogenannte Separatorfolie (das ist ein abstandhaltendes, keramisches Vlies oder eine poröse Kunststofffolie) und dann die nächsten Bipolarelektrode so darauf, dass sich die Kathodenaktivschicht einer Elektrode und die Anodenaktivschicht ihrer Nachbarelektroden durch den Separator hindurch anschauen und legt dann weitere Separatoren abwechselnd mit Bipolarelektroden in gleicher Manier oben darauf, erhält man einen Stack.
In diesem Stack werden kunstvoll die Ränder der Bipolarelektroden abgedichtet und in die vielen Zwischenräume zwischen benachbarten Bipolarelektroden wird ein flüssiger Elektrolyt eingespritzt.
Anode, Kathode und Elektrolyt, das ist ja eine galvanische Zelle – genau richtig! Und in einem Stack mit mehreren, aufeinander geschichteten Bipolarelektroden ergeben sich auf diese Art und Weise demnach mehrere galvanische Zellen, die auch gleich in Reihe verschaltet sind, d.h. die Spannungen der galvanischen Zellen addieren sich zur Stackspannung auf.
Das sind ja hochinteressante Details, aber was hat man denn davon? Puh, gute Frage!
Schauen wir uns doch konventionelle Lithium-Ionen-Batteriemodule einmal an.
In diesen gibt es ebenfalls eine Anzahl galvanischer Zellen, die Lithium-Ionen-Zellen. Diese „Zellen“ sind hübsch fein einzeln in Gehäusen verpackt und die separaten Zellen werden über Stromverbinder miteinander elektrisch verschaltet, um die Modulspannung zu erzeugen. Und in diesem kleinen Sätzchen sind schon die entscheidenden Schlagworte drin: Gehäuse, Stromverbinder, verschalten.
Diese Komponenten und zugehörigen Fertigungsschritte benötigen die Bipolarbatterien nämlich nicht, d.h. Zellgehäuse und Stromverbinder gibt es nicht, seriell verschaltet sind die Zellen in einem Stack schon durch die Bauart bedingt. Weniger Teile heißt: weniger Gewicht und weniger Volumen, bei gleicher Energie und Leistung. Weniger Bauteile und Herstellschritte bedeutet aber auch: geringere Produktionskosten und einfachere Logistikprozesse.
Tatsache! Aber wenn das alles besser und einfacher ist, warum macht das dann nicht jeder?
Tja, das kann ja noch werden…
