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.
Metall-Luft-Batterien (MLB) basieren auf der Umwandlung/ Auflösung einer Metallelektrode, was zu einer Volumenänderung der Elektroden und damit einer Änderungen der Dreiphasengrenze aufgrund des verdrängten Elektrolytvolumens und der Produktabscheidung führt. Hohe Energiedichten verursachen daher starke Änderungen der Elektroden-Struktur und Elektrolytlevel und können zu Limitierungen des Stofftransports führen. In diesem Projekt soll am Beispiel der Li/O2-Batterie der Effekt dieser Änderungen auf die Leistungsfähigkeit der Kathode modellbasiert analysiert und quantifiziert werden. Weiterhin wird der Effekt von Redoxmediatoren auf die Leistungsfähigkeit untersucht. Physikochemische Simulationen werden begleitet von gezielten Experimenten; zusammen bieten diese einen tiefen Einblick in den Zustand der Zelle und die limitierenden Prozesse. Schließlich werden die Ergebnisse auf weitere MLB extrapoliert. Ziel ist es, Grenzen der Leistungsfähigkeit der betrachteten Zellen systematisch zu erfassen und Wege zum Erreichen der Idealwerte aufzuzeigen
Im Verbundprojekt MeLuBatt werden Elektrolyte, Anoden- und Kathoden-Materialien für Li-, Na-, Zn-, Mg-, Ca-basierte Metall-Sauerstoff-Batterien (MLB) systematisch untersucht, um Phänomene der Elektrolyt- und Elektrodendegradation gezielt zu verstehen und zu vermindern. Dabei werden bekannte Ergebnisse zur Degradation von Lithium-Ionen-Batterien (LIB) (Elektrolyt, Gasentwicklung, Dendritenbildung) einbezogen, wodurch die Erforschung von MLB stark befruchtet werden soll. Die bisher übersehene Querverbindung der Sauerstoff-Redoxchemie von MLB zum Verhalten von Oxidkathoden in LIB soll untersucht werden. Ziele sind das tiefere Verständnis der Dendritenbildung, die Erhöhung der Zyklenstabilität der Zellen, sowie der Einsatz von effizienten und stabilen Gasdiffusionselektroden. Relevante MLB (Li-, Na-, Zn-, Mg- und Ca-basierte Systeme) sollen hinsichtlich der realisierbaren Energie- und Leistungsdichte untersucht werden, um die vielversprechendsten MLB zu identifizieren und zu optimieren
Ein Problem bei Li-Ionen Batterien ist, dass Leistungsfähigkeit und Energieinhalt nicht getrennt voneinander ausgelegt werden können, welches in Bezug auf Bauraum/ Gewicht meist zu einem nicht optimalen Batteriedesign für das jeweilige Fahrzeug führt. Je nach Anwendung werden entweder Hochenergiezellen oder Hochleistungszellen verwendet. Hochenergiezellen besitzen eine höhere Energiedichte als Hochleistungszellen, können jedoch bei gleichem Volumen weniger Leistung aufnehmen oder abgeben. Da eine Anwendung von Hochleistungszellen die Reichweite des Fahrzeuges meist stark einschränkt, werden überwiegend Hochenergiezellen in den Fahrzeugen eingesetzt, welches jedoch zu geringeren Leistungen beim Beschleunigen oder Rekuperieren führt. Projektziel ist es daher durch die Entwicklung und den Aufbau eines modularisierten hybriden Energiespeichers die Faktoren Reichweite, Kosten, Kühlbedarf, Leistung und Lebensdauer von E-Kfz zu verbessern bzw. modular aufeinander abzustimmen. Im Gegensatz zu bisherigen Projekten wird die hybride Batterie dabei nicht über Stromrichter aufgebaut, sondern aus Gewichts- und Kostengründen direkt auf der DC-Seite verschaltet (direktgekoppelt). Ziel des Teilvorhabens ist daher insbesondere die elektrische Auslegung des hybriden-Speichers über Batteriesimulationen, die simulationsgestützte Ausarbeitung von Betriebsstrategien für den hybriden Speicher sowie die Durchführung von Gesamtsystemtests mit dem aufgebauten Fahrzeug-Demonstrator. Das Teilvorhaben sieht zunächst vor das am IWES entwickelte Simulationsmodell für Li-Ionen Batterien und Zellen (ISET-LIB) für die Simulation direkt parallel geschalteter Zellen weiterzuentwickeln. Anschließend werden mit dem Simulationsmodell Auslegungskriterien und Betriebsstrategien erstmalig entwickelt und gemeinsam mit den Projektpartnern in das BMS implementiert. Nach Umsetzung des Konzeptes führt IWES die Gesamtsystemtests durch und entwickelt dazu an die hybride Batterie angepasste Teststrategien.
Liquid hydrocarbon fuels are ideal energy carriers for the transportation sector due to their exceptionally high energy density and most convenient handling, without requiring changes in the existing global infrastructure. Currently, virtually all renewable hydrocarbon fuels originate from biomass. Their feasibility to meet the global fuel demand and their environmental impact are controversial. In contrast, SUN-to-LIQUID has the potential to cover future fuel consumption as it establishes a radically different non-biomass non-fossil path to synthesize renewable liquid hydrocarbon fuels from abundant feedstocks of H2O, CO2 and solar energy. Concentrated solar radiation drives a thermochemical redox cycle, which inherently operates at high temperatures and utilizes the full solar spectrum. Thereby, it provides a thermodynamically favourable path to solar fuel production with high energy conversion efficiency and, consequently, economic competitiveness. Recently, the first-ever production of solar jet fuel has been experimentally demonstrated at laboratory scale using a solar reactor containing a ceria-based reticulated porous structure undergoing the redox cyclic process. SUN-to-LIQUID aims at advancing this solar fuel technology from the laboratory to the next field phase: expected key innovations include an advanced high-flux ultra-modular solar heliostat field, a 50 kW solar reactor, and optimized redox materials to produce synthesis gas that is subsequently processed to liquid hydrocarbon fuels. The complete integrated fuel production chain will be experimentally validated at a pre-commercial scale and with record high energy conversion efficiency. The ambition of SUN-to-LIQUID is to advance solar fuels well beyond the state of the art and to guide the further scale-up towards a reliable basis for competitive industrial exploitation. Large-scale solar fuel production is expected to have a major impact on a sustainable future transportation sector.
Ziel des Teilvorhabens ist die Entwicklung und Darstellung eines kompakten, robusten und effizienten DC/DC-Wandlers für E-Fahrzeuge unter Nutzung von erhältlichen Si-, bzw. WBG-Halbleitern (GaN, SiC) inklusive passiver Komponenten in einem Leistungsmodul mit neuartigem Design und optimiertem Thermomanagement. Um diese Ziel zu erreichen, müssen neuartige, kostengünstige, anorganische Umhüllmassen mit geforderten Eigenschaften (Temperatur-Beständigkeit bis 300 Grad Celsius, Wärmeleitfähigkeit größer als 5 W/m K) entwickelt und charakterisiert werden. Dazu werden Testmethoden und Prüfkörper-Designs definiert, aufgebaut und eingesetzt, mit denen die thermischen, elektrischen, chemischen und mechanischen Eigenschaften der anorganischen Umhüllmasse erfasst und bewertet werden. Die neuen anorganischen Umhüllmaterialien werden beim Aufbau von neu konzipiertem, miniaturisiertem DC/DC-Wandler-Demonstrator eingesetzt. Es werden gleichzeitig umweltfreundliche und anwendungsgerechte Umhüllverfahren bewertet. Der Funktions- und Zuverlässigkeitsnachweis soll, unter Betrachtung des ganzheitlichen Designs, anhand von zwei Demonstrator-Systemen DC-DC-Wandler für E-Mobilität und von Projektpartnern aufgebaute industrieller Antriebsumrichter erbracht werden. (Text gekürzt)
Für den zukünftigen Einsatz von Brennstoffzellen auf Schiffen sowie mobilen Anwendungen ist bei der HT-PEFC die Steigerung der Leistungsdichte von zentraler Bedeutung. In Pa-X-ell 2 liegt der Fokus auf der Analyse der Leistungslimitierung bestehender Systeme. Mit Hilfe von Impedanzspektroskopie können Optimierungspotenziale der Leistungsfähigkeit der Stacks identifiziert werden. Die Steigerung der Leistungsdichte wird beispielsweise durch die Entwicklung metallischer Bipolarplatten erreicht. Hierzu werden zwei verschiedene Produktionsverfahren hinsichtlich ihrer Eignung untersucht. Mittels geeigneter Analysemethoden erfolgt eine Optimierung der Prozessparameter bei der Herstellung. Durch experimentelle Arbeiten erfolgt der Nachweis der Einsatzfähigkeit. Zur Steigerung der Energiedichte, ist es erforderlich den Kraftstoff für die Brennstoffzellensysteme in reiner Form zu tanken und das Wasser für die Dampfreformierung aus den Abgasen der Brennstoffzelle zu generieren. Hierzu werden Simulationsarbeiten zur Integration und Optimierung eines Wasserrückgewinnungssystems durchgeführt. In diesem Kontext wird der Kraftstoff Methanol mit LNG verglichen.
Brückner wird anhand von den gestellten Anforderungen an die Applikationen mit den beteiligten Projektpartnern geeignete Folienrohstoffe selektieren und auf deren Verstreckbarkeit testen. Zur spezifizierten Auswahl kommen Laborextrusion und Laborreckrahmen zum Einsatz. Die gewonnen Erkenntnisse werden anschließend auf die Pilotanlage von Brückner übertragen um Rollenware für die Kondensator-Herstellung zu produzieren. Die so hergestellten Folien gehen dann an die Projektpartner Electronicon, wo die Folie metallisiert werden und anschließend in der Gesamtvorhabensbeschreibung genannten Kondensatoren verbaut werden. Diese Kondensatoren gehen dann in die Endanwendungstest zu Siemens. Diese Vorgehensweise des Projektes bildet die gesamte Herstellungskette von der Entwicklung der Nanopartikelcompounds und/oder Polymercompounds über die Folienentwicklung, des Kondensatorbaus bis hin zur Endanwendung in HGÜs ab.
| Origin | Count |
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| Bund | 233 |
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| Förderprogramm | 233 |
| License | Count |
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| offen | 233 |
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| Keine | 63 |
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