Bisher wird die Sicherheit von Batteriegehäusesystemen gegenüber thermischem Durchgehen und Propagation im Wesentlichen durch zeit- und kostenintensive, iterative Experimente während der Produktentwicklungsphase überprüft. Nach aktuellem Stand der Technik werden überwiegend metallische Werkstoffe für Batteriegehäuse verwendet. Konzepte für leichtere und nachhaltigere Batteriegehäuse aus Kunststoffen stehen zwar zur Verfügung, der Nachweis der Sicherheit ist allerdings sehr aufwendig und teuer. Von einer stärkeren Integration von Simulationsmethoden wird eine deutliche Verbesserung des Entwicklungsprozesses erwartet. Ziel ist zukünftig die Sicherheit von kunststoffbasierten Batteriegehäusen bei geringeren Kosten und Entwicklungszeiten zu gewährleisten. Es käme dabei sowohl bei der Herstellung der Gehäuse als auch im Betrieb von Elektrofahrzeugen zu einer CO2-Einsparung. Das Projekt SiKuBa setzt bei der Entwicklung und Validierung von Simulationsmodellen zur Auslegung sicherer Kunststoff-Batteriegehäuse unter thermischem Durchgehen an. Die Entstehung und Ausbreitung der gefährlichen Gas- und Partikelströme sowie deren Interaktion mit Strukturelementen wird experimentell analysiert und in strömungs- und strukturmechanische Simulationsmodelle überführt. Die Modelle eröffnen eine effiziente Möglichkeit neuartige Konzepte zur Verlangsamung und Unterdrückung der Propagation virtuell zu untersuchen. Der somit mögliche Einsatz sicherer und nachhaltiger kunststoffbasierter Gehäuselösungen kann dabei einen wesentlichen Beitrag zur Akzeptanz der Elektromobilität leisten. Kautex fokussiert sich hauptsächlich auf die Entwicklung von Schutzkonzepten für den Lastfall des thermischen Durchgehens. Neben der Weiterentwicklung lokaler Schutzmaßnahmen werden neuartige Konzepte zur schnellen Abführung heißer Gase erarbeitet. Darüber hinaus ist Kautex für die Auslegung und Fertigung von Demonstratoren verantwortlich und wird die Simulationsarbeiten im Projekt unterstützen.
In diesem Projekt wird eine elektrochemisch hergestellte Polymerkathode aus poly(4-(thiophen-3-yl) benzenethiol (PTBT) mit operando Methoden und theoretischen Modellierungen untersucht. Diese Kathode ist frei-stehend, elektrisch leitfähig, mechanisch flexibel und dient als Schwefelreservoir für Lithium/Schwefel Batterien. Im Besonderen, wird PTBT mittels Elektropolymerisation auf einen Nickelschaum aufgetragen. Dies ermöglicht eine Anwendung als hochporöse und binderfreie Kathode in Li-S Batterien. Schwefel kann mit dem Polymer PTBT durch inverse Vulkanisierung ein hochvernetztes Copolymer bilden P(S-PTBT), wobei der Schwefel chemisch an die Thiolgruppen von PTBT gebunden wird. Durch die Anwendung eines neuartigen, eigenentwickelten operando Setups, das mehr als drei verschiedene Messungen gleichzeitig erlaubt, während die Zelle geladen bzw. entladen wird, werden mechanistische Einsichten von wichtigen Reaktionsschritten ermöglicht z.B. der Prozess, der den Schwefel während der elektrochemischen Oxidation chemisch an die Polymerkette bindet. Für diese Untersuchungen werden UV/vis-, Raman- und Impedanzspektroskopie in Kombination mit entweder Röntgenbildgebung oder Kleinwinkelstreuung genutzt. Die Experimente werden in enger Zusammenarbeit mit intensiven Modellierungs- und Simulationsstudien auf elektronischer und molekularer Skala ausgewertet. Es werden sowohl die Stabilität als auch die elektronische/molekulare Struktur des an die Thiolgruppen des neutral und geladenen Polymers kovalent-gebundenen Schwefels untersucht. Hierzu werden moderne Austauschkorellationsfunktionale aus der Dichtefunktionaltheorie (DFT) benutzt. Um die Struktur-Performanz Beziehung der in diesem Projekt vorgeschlagenen Kathoden darzulegen, werden die Ergebnisse der operando Analyse herangezogen. Hierbei werden Resultate der UV/vis Spektroskopie direkt mit DFT-Berechnungen und DFT-optimierten, klassischen molekulardynamischen (MD) Simulationen verglichen. Kurzum, durch die Kombination von Synthese, operando Analyse und Simulation wird ein besseres mechanistisches Verständnis der Energiespeicherprozesse und Struktur-Eigenschafts-Beziehung in diesem System erwartet. Diese so gewonnenen Kenntnisse werden für eine kontinuierliche Verbesserung der Materialparameter verwendet. Somit wird eine Erhöhung der elektrochemischen Leistungsfähigkeit von Li-S Batterien der nächsten Generation erreicht.
Organische Radikalbatterien sind aufgrund ihrer hohen Leistungsdichte besonders vielversprechend. Aus grundlegende Sicht müssen eine günstige Ladungstransferkinetik und ein schneller Ladungstransport gleichzeitig ermöglicht werden. Darüber hinaus erfordert die Ladungsspeicherung eine aliovalente Dotierung, um die Ladungsneutralität zu gewährleisten. Die zugrunde liegenden Mechanismen auf atomarer Ebene sind jedoch nicht gut verstanden. Dies gilt insbesondere für die 'trockenen' Gel- oder 'festen' Polymer-MehrschichtElektrolyte, die aufgrund ihrer hohen elektrochemischen Stabilität derzeit die bevorzugten Materialien sind. In einem systematischen Ansatz wird eine Familie von Mehrschichtpolymersystemen vorbereitet und in Bezug auf PolyTEMPO, ein etabliertes Redoxpolymersystem für Flüssigelektrolyte, untersucht. Die Modellsysteme bestehen aus einer Lithium-Metall-Anode, einer hochlithiumionenleitenden Polymerelektrolytschicht und gemischt leitenden Polymerverbunden, einschließlich Elektronenleiter, Redox-Polymer und einem hoch anionenleitenden Polymer. Der Syntheseteil umfasst die Herstellung und Verarbeitung der Polymermaterialien zu lamellaren Verbundwerkstoffen sowie eine umfassende elektrochemische Charakterisierung.Details der Radikal-Transfermechanismen und der auftretenden Ionenspezies werden anhand von c.w. und gepulsten EPR-Methoden aufgeklärt, wobei spektrale Merkmale von reinen und zyklischen Materialien (post-mortem) verglichen und bestimmt werden, einschließlich der Anwendung von PELDOR/DEER zur Aufklärung der Abstände und wahrscheinlichen Verteilungen der beim Zellbetrieb gebildeten Radikalspezies, trotz schwieriger hoher lokaler Radikalkonzentrationen. Wenn möglich, soll mittels ENDOR / HYSCORE die radikalen Arten mit den Materialien weiter charakterisiert werden. In-operando EPR wird an ausgewählten Proben durchgeführt, um die Entwicklung der radikalen Spezies anhand ihres Fingerabdrucksignals zu verfolgen und Einblicke in molekulare Details der Ladungsübertragungsprozesse zu geben. Weitere Einblicke in die mechanistischen Details des elektronischen und ionischen Ladungstransports werden durch die rechnerische Modellierung relevanter Prozesse vom elementaren Elektronentransfer bis zum Ionentransport über die Grenzflächen innerhalb des Schichtverbundes ermöglicht. Ab initio-Methoden werden zur Charakterisierung der elektronischen Eigenschaften der redoxaktiven Polymere eingesetzt, während die weitreichenden Ionentransport- und Dotierungsmechanismen der organischen Kathode auf der Grundlage klassischer molekulardynamischer Simulationen entschlüsselt werden. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass all diese Bemühungen neben einem tieferen grundlegenden Verständnis als Leitfaden für die Identifizierung vielversprechender redoxaktiver Materialien und die Gestaltung von Grenzflächen innerhalb der Mehrschichtstrukturen dienen werden, um so die zukünftige Entwicklung leistungsfähiger fester organischer Elektrolyte zu fördern.
Im Rahmen dieses Projektes soll ein modulares, autarkes Brennstoffzellensystem entwickelt werden, welches die elektrischen Nebenverbraucher in Elektrobussen mit Energie versorgt. Die benötigte Nebenverbraucherleistung kann bis zu 50% des Gesamtleistungsbedarfs ausmachen. Auf diese Weise kann die Reichweite von Elektrobussen ohne übermäßige Investitionskosten vergrößert und die Nutzungsdauer von Batterien durch eine Verminderung der Ladezyklenanzahl verlängert werden. Das im Rahmen dieses Projekts entwickelte System wird prototypisch in einem elektrifizierten Bus aufgebaut. Gleichzeitig wird die Einzelzulassung angestrebt, um einerseits den Reifegrad der entwickelten Technologie aufzuzeigen, andererseits die Validierung der Simulationsergebnisse durch reale Tests durchführen zu können. Im Rahmen der Erprobungsphase des zu entwickelnden Busses in einer Betriebssituation wird im dritten Jahr ein Praxistest durch die ASEAG durchgeführt. Während des 12-monatigen Betriebs wird der Gelenkbus im Linienverkehr eingesetzt. So kann der zu entwickelnde Bus unter allen Wetterbedingungen getestet und analysiert werden. Die Fahrdaten werden in einer Datenbank gespeichert und zur Analyse ausgewertet. Dazu gehören die Fahrzyklusdaten inklusive der Innen- und Außentemperaturen und deren Einfluss auf den Gesamtenergieverbrauch sowie die Reichweite des Buses. Darüber hinaus wird das Brennstoffzellensystem im dritten Jahr regelmäßig überprüft und die aus den Tests resultierenden Daten für Optimierungsmaßnahmen genutzt. Auf diese Weise kann der Wirkungsgrad des Systems in einer Langzeittestsituation gesteigert und der Bus mit Brennstoffzellensystem zur Energieversorgung der Nebenverbraucher vom Technologie-Reifegrad (TLR) 7 auf TLR8 gesteigert werden. Das aufgebaute Demonstrator Fahrzeug soll am Ende des Projektes nicht zurück in den Betrieb überführt werden, sondern als Technologieträger für die Weiterentwicklung sowie für Lehr- und Forschungszwecke zur Verfügung stehen.
Es soll ein Plattformkonzept für Komponenten intelligenter Fußbodenheizungssysteme entwickelt werden. Hauptaugenmerk soll dabei auf der Steigerung der Energieeffizienz des Heizkreisverteilers und der Raumthermostate liegen. Das Vorhaben umfasst dazu ein neues Antriebs- und Sensorkonzept für den Heizkreisverteiler, welches einen erhöhten Grad der funktionalen Integration aufweisen und einen automatisierten hydraulischen Abgleich erlauben soll. Die dazu notwendigen Sensoren und die Elektronik des Heizkreisverteilers sollen idealerweise vollständig durch geeignete Energy-Harvesting-Konzepte mit Energie versorgt werden. Um die Kommunikation mit der Peripherie des Heizkreisverteilers energieeffizient zu ermöglichen, soll die notwendige Antennentechnik optimiert werden. Durch den Entfall elektrischer Leitungen und den neuen Aufbau in Form einer vormontierten Baugruppe reduziert sich der Installationsaufwand erheblich und ermöglicht die wirtschaftliche Nachrüstung des Gebäudebestands mit einer modernen Heizungssteuerung. Auch im Bereich der Raumthermostate sollen geeignete Energy-Harvesting-Konzepte Verwendung finden, um in Zukunft auf den wartungsintensiven Wechsel der Batterien bzw. die aufwändige, feste Verdrahtung verzichten zu können. In dem Teilvorhaben 'Integrierte ISM-Antenne / energieautarker Funksensor' soll eine Antenne in das geschlossene Blechgehäuse des Heizkreisverteilers integriert werden. Ziel ist die Reduktion des Verdrahtungsaufwands zur Vernetzung mit den Raumbediengeräten und optional die Voraussetzungen der Anbindung an mobile Endgeräte wie Mobiltelefone zu schaffen. Mit den Zielen eines geringen Aufwandes und einer hohen Zuverlässigkeit, soll die Möglichkeit der Integration der Antenne auf der Leiterplatte des Steuergeräts des Heizkreisverteilers untersucht werden. Der zweite Teil umfasst die Funkanbindung der Fußbodensensorik, die möglichst mittels Energy-Harvesting versorgt werden soll.
Ziel des Projektes ist die marktreife Entwicklung eines elektrisch betriebenen Traktors auf Basis des Prototyps 'ONOX Standard', eingebunden in ein intelligentes Batteriemanagementsystem am Hof. Dadurch soll bei einfacher Handhabung und Ladung die Energieeffizienz im Rahmen der Agrarwirtschaft gesteigert werden. In Abgrenzung zum Stand der Technik sollen, statt einer fest am Traktor verbauten Batterie, vier thermisch und mechanisch robuste Lithium-Eisen-Phosphat-Batterien zum Einsatz kommen, sodass in Kombination mit dem intelligenten Energieladesystem sowohl ein kontinuierlicher Betrieb des E-Traktors als auch die Stabilisierung des ländlichen Stromnetzes (PV-Anlagen) sowie die optimierte Energieverteilung an die stationären betrieblichen Verbraucher erreicht wird. Das geplante Vorgehen umfasst u.a. die Integration eines Batteriemanagementsystems in den Traktorprototypen 'ONOX Standard' und Führung des 'Komplettsystem-Traktor' zur Nullserie (Partnerraumideen), indem Testreihen hinsichtlich Funktion in der Testumgebung und im landwirtschaftlichen Einsatzkontext (pflügen, rechen, etc.) zeitaufgelöst durchgeführt und analysiert werden (Partner TUM) und die Hebehydraulik zur sicheren Aufnahme und Positionierung der Batterien (600 kg/60 kWh; ~3 min) entwickelt wird (Partner ANSMANN). Weiterhin erfolgt die Messung des Ladeverhaltens (Dauer ~3 h), wobei in Kombination mit der Analyse der PV-Anlagen (12-15 kW) eine Softwareumgebung zur Batteriewechselprozessüberwachung, zur effizienten Energieverteilung sowie Sicherheits- und Hilfssysteme entwickelt werden. Im Projekt kommt Simulations- und Modellierungssoftware, Messtechnik (Temperatur-, Druck-, Spannungssensorik), Steuerungshardware sowie Batterie- und Hydrauliktechnik zum Einsatz. Die Einflussfaktoren Wetter, Temperatur und Gewohnheitsmuster einbeziehend, soll die intelligente, vorausschauende Optimierung des Energieverbrauchs bei der Nutzung eines E- Traktors zur Luftreinhaltung erreicht werden
| Origin | Count |
|---|---|
| Bund | 2688 |
| Kommune | 8 |
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| Wissenschaft | 33 |
| Zivilgesellschaft | 57 |
| Type | Count |
|---|---|
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| Text | 168 |
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| License | Count |
|---|---|
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| Language | Count |
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