Blockheizkraftwerke (BHKW) eignen sich besonders für dezentrale Strom- und Wärmekonzepte und bilden eine effiziente Regelenergiequelle für virtuelle Kraftwerke. Es ist daher notwendig, die Erzeugung von Strom und Wärme durch geeignete Speichersysteme im Tageslastgang weitestgehend zu entkoppeln. Latentwärmespeicher (LWS) ermöglichen im Vergleich zu Wasserspeicher höhere Speicherdichten, kommen aber aufgrund hoher Kosten bislang kaum zum Einsatz. Für kompakte Systemlösungen aus Klein-BHKW und Speicher wären jedoch höhere Speicherdichten jedoch wünschenswert. Zielstellung des Projektes ist daher die Untersuchung von Makroverkapselungen für Latentspeichermedien (PCM) auf der Basis von Beutelverpackungen, mit denen die Speicherkosten reduziert werden können. Durch eine modulare Bauweise des Speichers wird zudem eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle ermöglicht.
Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer. In dem Projekt E3ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, ...) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.
Ziel dieses Projekts ist es, eine neuartige Lithium/Schwefel-Semi-Flow-Batterie zu entwickeln. Diese neuartige Flow-Batterie kombiniert auf gewinnbringende Weise viele Vorteile der Lithium/Schwefel(Li/S)- und Flow-Batterien und eliminiert zugleich einige der bekannten Nachteile beider Batteriearten. Ergebnis ist ein Batteriekonzept mit deutlich höherer Energiedichte als Polysulfid-Flow-Batterien und besserer Materialausnutzung und Zyklenfestigkeit als Li/S-Batterien. Letzteres resultiert aus dem neuartigen Flow-Prinzip mit einem Katholyt auf Suspensionsbasis. Das gesamte Aktivmaterial ist hierbei an Trägerpartikel gebunden, welche statistisch verteilt elektrischen Kontakt zu einem Stromsammler erhalten. Die Trägerpartikel sind darüber hinaus mit Elektrokatalysatoren funktionalisiert, so dass die Elektrodenkinetik über den Effekt der stark erhöhten Elektrodenoberfläche hinaus verbessert werden kann. Ferner wird die Li-Anode durch eine Schicht Li-leitenden Glases geschützt (aus dem Förderprojekt GLANZ FKZ 03X4623B). Sie wird von Freudenberg mit Vliesstoffen kombiniert, um die Verarbeitbarkeit zu verbessern. Die Kathodenentwicklung liegt bei den Forschungspartnern fem+HTW. Für die Anpassung des Separators und der Li-Anode bringen die Partner FNT+VMB den Input als Entwickler und Hersteller dieser Komponenten. Für den Aufbau des Prototyps und die Beurteilung hinsichtlich möglicher Anwendungen sind ein Batteriehersteller (Projektpartner VMB) und ein Anwender (VS im Unterauftrag von VMB) beteiligt. AP1: Anforderungen und Zielspezifikationen (alle) AP2: Entwicklung und Charakterisierung eines Katholyten auf Suspensionsbasis (fem,HTW) AP3: Entwicklung und Charakterisierung der Stromsammler-Oberfläche (fem,HTW) AP4: Entwicklung eines mechanisch und chemisch stabilen Separators für Li-S Flow Batterien (FNT) AP5: Erforschung einer geeigneten Li-Metall-Anode (VMB) AP6: Neue Zellkonzepte zur Realisierung einer Li-Semi-Flow-Zelle (VMB,VS im UA) AP7: Demonstrator und Auswertung (alle).
Ziel des Gesamtvorhabens ist es, durch neue Komponenten und ein innovatives Zelldesign Lithium-Schwefel-Zellen mit drastisch erhöhter Stabilität zu entwickeln. Ziel dieses Teilvorhabens ist es, dabei die Risiken von Lithium-Schwefel-Batterie-Zellen unter Berücksichtigung der Einflüsse beim Transport und im Fahrzeug-Einsatz, einzuschätzen. Das soll dazu beitragen das Risiko mit vertretbarem Aufwand durch zellinterne und externe Schutz-Maßnahmen auf ein gesellschaftlich akzeptables Maß zu begrenzen. Eine Zelle mit 400 Wh/kg über 500 Zyklen als Prototyp für automobile Anwendungen soll als finales Gesamt-Projektergebnis demonstriert werden. Die Erreichung dieses Ziels, verbunden mit einer Einschätzung zur Sicherheit im Vergleich zu Lithium-Ionen-Zellen, wäre ein wichtiger Meilenstein für die Etablierung der Li-S-Technologie für Elektrofahrzeuge. Die SGS arbeitet in AP1 (Zelldesign und Zielvorgaben) und im AP 7 (Tests und Evaluierung) mit. SGS koordiniert außerdem AP 7. Arbeiten des Teilvorhabens: Sicherheit: Anforderungen, Schutzmaßnahmen, Tests und Evaluierung Zelle, Rückschlüsse auf Zellverbund.
Lithium-Schwefel-Batterien zeichnen sich durch hohe gravimetrische Energiedichten und geringe Materialkosten im Vergleich zu Li-Ionen-Batterien aus, weisen jedoch bisher nur eine geringe Lebensdauer der Zellen auf. Aktuelle Li-S-Prototyp-Zellen erreichen eine Energiedichte von 350 Wh/kg, degradieren aber innerhalb der ersten 50 Lade-/Entladezyklen deutlich und sind daher bisher untauglich für den Einsatz in der Elektromobilität. Die Hauptursache für diese Degradation ist die Bildung von Polysulfiden bzw. deren Diffusion aus der leitfähigen Kohlenstoffmatrix zur Anode, mit welcher ungewünschte Nebenprodukte entstehen. Ziel dieses Vorhabens ist es, diese Diffusion deutlich zu minimieren, indem innovative leitfähige, stickstoffdotierte Materialien eingesetzt werden, da sie eine besondere Affinität zu Polysulfiden besitzen. In diesem Vorhaben werden Vertreter dreier Substanzklassen synthetisiert, charakterisiert, mit Schwefel infiltriert, als Elektrodenmaterial skalierbar lösungsmittelfrei verarbeitet und vs. Lithium elektrochemisch getestet. Die Elektroden werden zudem mikroskopisch und spektroskopisch untersucht. Durch den objektiven Vergleich dieser Materialklassen und die komplementären Expertisen vier verschiedener Forschungsinstitute ist es möglich, fundierte Aussagen über die elektrochemischen Mechanismen zu treffen. Damit werden Nebenreaktionen, die bisher den kommerziellen Erfolg der Lithium-Schwefel-Batterie verhindern, minimiert. Zudem werden die Kenntnisse zu den Struktur-Eigenschaftsbeziehungen genutzt, um die Elektrolytmenge zu minimieren.
Das Impulsprojekt LiMaProMet beschäftigt sich mit der Verbesserung von Interkalationsmaterial-basierten Akkumulator-Kathoden sowie dem Thermomanagement von Batteriezellen. Dabei wird parallel eine geeignete, produktionsbegleitende Qualitätssicherung ausgearbeitet, die auf die speziellen Aspekte des für das Projekt charakteristischen dreidimensionalen Elektrodenaufbaus fokussiert. Hierbei kommen auch Methoden der künstlichen Intelligenz (selbstlernende Algorithmen) zum Einsatz. Für die hochperformanten Elektroden werden zwei neue, innovative Wege verfolgt, um Elektroden mit Fokus auf einer hohen gravimetrischen bzw. volumetrischen Leistungs- bzw. Energiedichte zu entwickeln. Dabei werden außerdem die Aspekte Energieeffizienz, Zyklenfestigkeit und Sicherheit mit berücksichtigt. Zum einen kommt ein von der Hochschule Aalen entwickeltes, völlig neues galvanotechnisches Verfahren zum Einsatz, das es erlaubt, auf die sonst erforderlichen Leitfähigkeits- und Binderadditive zu verzichten. Dadurch sind konzeptbedingt erhöhte Energie- und Leistungsdichten möglich. Alternativ dazu wird der klassische Ansatz der Aufbringung eines Slurries aus Aktivmaterial, Leitfähigkeits- und Binderadditiv auf die Beschichtung/Infiltration zellularer Trägermaterialien erweitert. Dies ermöglicht die Realisierung erhöhter Flächenbeladungen, wodurch die Energiedichte der Elektroden gesteigert werden kann. Im Rahmen des Projekts sollen geeignete Infiltrationsverfahren in Kombination sowohl mit heute bereits eingesetzten als auch zukünftigen Hochenergiematerialien ermittelt werden. Als weiterer Ansatz zur Verbesserung der Zellperformance, vor allem unter hohen Stromraten (Hochleistungsanwendungen und Schnellladeszenarien) bzw. zur weiteren Verbesserung der Zellsicherheit wird die Eignung von Phase-Change-Materials für das Thermomanagement des gesamten Zellpacks untersucht. Dies erfolgt zunächst durch Modellierung und Simulation sowie nachfolgend durch Validierung und Erprobung.
Ziel des Projekts Li.plus ist die Entwicklung eines Schnelltesters für Batteriespeicher, der eine schnelle, präzise und einfache Zustandsbestimmung ermöglicht. Der Fokus liegt hierbei auf großen, komplexen und teuren Batteriespeichern, die in der Elektromobilität und zur Speicherung erneuerbarer Energien eingesetzt werden. Um Auskunft über Leistungsfähigkeit, Sicherheit und Wert der Speicher zu erhalten, sind derzeit zeitaufwendige, komplexe und teure Testverfahren nötig. Das Verfahren von Li.plus ermöglicht hingegen eine schnelle, präzise und einfache Zustandsbestimmung. Hierfür werden zum Patent angemeldete Test- und Auswerteverfahren eingesetzt. Eine vollautomatisierte Messung und Auswertung soll eine einfache Handhabung des Schnelltesters ermöglichen und dem Nutzer alle relevanten Kenngrößen innerhalb von 20 Minuten liefern. Im Rahmen der EXIST-Förderung werden die bestehenden Verfahren für vielzellige Batteriespeicher weiterentwickelt, optimiert und an die variierenden Messbedingungen in der Praxis angepasst. Für den Schnelltester wird ein modulares Hardware-Konzept entwickelt, so dass der Schnelltester einfach an verschiedene Batteriegrößen angepasst werden kann. Für eine universelle Anwendbarkeit werden zunächst verschiedenste Li-Ionen-Batterietypen untersucht und das Schnelltestverfahren gezielt angepasst. Die Auswertealgorithmen werden um eine Selbstlernfähigkeit erweitert, so dass mit zunehmender Anzahl durchgeführter Messungen die Präzision weiter gesteigert werden kann. Die Funktionsmuster und Prototypen des Schnelltesters werden auch unter realen Bedingungen erprobt, um sie gezielt an die Praxisanforderungen anzupassen.
Im Verbundprojekt EcoHardSteel wird ein Verfahren und Maschinensystem entwickelt, mit dem erstmals das werkzeugintegrierte Laserstrahlhärten bei der Blechbearbeitung im Folgeverbundwerkzeug im industriellen Maßstab realisiert werden kann. Dabei werden die Vorteile einer Lasererwärmung (hohe Energiedichten, präzise Positionierbarkeit, exakte zeitl. Steuerung des Wärmeeintrags) genutzt, um den Blechwerkstoff mittels geeigneter Temperatur-Zeit-Zyklen im Werkzeug lokal zu härten. Dadurch können nachgeschaltete Ofenhärtprozesse zur Verbesserung der mechanisch-technologischen Bauteileigenschaften entfallen. Die Substitution des energieintensiven Ofenhärtens durch das effiziente Laserstrahlhärten generiert hohe Energieeinsparpotenziale und kann durch seine hohe Anwendungsbreite wesentlich zum Klimaschutz beitragen. Im Konsortium ist das Ziel des Fraunhofer IPT die Analyse von Mechanismen und Wechselwirkungen der Prozessparameter beim werkzeugintegrierten Laserstrahlhärten. Auf dieser Basis wird angestrebt, Prozessfenster zu ermitteln, bei denen die geforderte Härtesteigerung unter der Randbedingung möglichst hoher Hubzahlen prozesssicher erreicht werden kann. Das Konsortium im Verbundprojekt EcoHardSteel besteht aus den drei KMUs Lochanstalt Aherhammer, RAYLASE und tecodrive als Projektpartner der gewerblichen Wirtschaft sowie dem Unternehmen Johnson Controls als assoz. Partner. Als Forschungseinrichtung bzw. akad. Projektpartner unterstützt das Fraunhofer IPT das Industriekonsortium. Durch die weitreichenden Erfahrungen mit der laserunterstützten Blechbearbeitung leistet das Fraunhofer IPT bereits einen wichtigen Beitrag bei der Erstellung des Lasten- und Pflichtenhefts und der Konzeptionierungsphase. Der Hauptbeitrag liegt allerdings in der Prozessentwicklung des werkzeugintegrierten Laserstrahlhärtens sowie im Aufbau und der Inbetriebnahme des Gesamtsystems. Das Fraunhofer IPT unterstützt ebenfalls den industriellen Endanwender bei der Herstellung der Demonstratorbauteile.
In 3-D-Graph wird eine zukünftige Generation von Superkondensatoren entwickelt. Diese bestehen aus Graphenelektroden mit kontrollierter Oberflächenchemie und pseudokapazitiven Materialien. Das Projekt wird in Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus Israel und Deutschland durchgeführt. Das Projekt konzentriert sich auf die nanotechnologische Synthese neuer, dreidimensional verbundener Graphenmaterialien mit verbesserter, da ungerichteter Leitfähigkeit. Zur Herabsetzung des Widerstands und Verbesserung des Benetzungsverhaltens ist weiterhin vorgesehen, die Oberflächenchemie der neuen Graphene durch gezielte, chemische Modifikation zu steuern und die Energiedichte durch die Verwendung pseudokapazitiv wirkender Materialien zu steigern. Das Projekt ist darauf angelegt, neue Herstellungsmethoden anzupassen, zu kombinieren und zu testen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 233 |
| Europa | 5 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 95 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 233 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 233 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 224 |
| Englisch | 22 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 63 |
| Webseite | 170 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 98 |
| Lebewesen und Lebensräume | 95 |
| Luft | 158 |
| Mensch und Umwelt | 233 |
| Wasser | 56 |
| Weitere | 233 |