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.
IAV GmbH hat sich zum Ziel gesetzt, ein innovatives Zelldesign einer Lithium-Ionenbatterie unter der technischen Maßgabe zu erforschen, so dass Energiedichten auf Systemebene von mindestens größer als 450 Wh/l und Kosten kleiner als 200 Euro/kWh erreicht werden. Für den propagierten Ansatz einer großflächigen Bipolarzelle sind die Erforschung geeigneter Materialkombinationen, neuer Fertigungsmethoden, sowie eines Simulationstools/Sicherheitskonzepte notwendig. Für IAV ergeben sich folgende Aufgaben: - Lastenheft für Anwendungskonzepte und Demonstrator (zusammen mit SWIN und BMW) - Design (Fahrzeugkonzept) und Demonstrator - Aufbau Demonstrator (ca. A4, Zusammen mit Partnern) - Elektrochemische Simulation und Modellierung des entwickelten Stackkonzeptes und Verifikation und Validierung am Analyseprüfstand, Prüfung ob Modell auch im Fahrzeug berechnet werden kann. - Entwicklung Prüfstands-BMS für EMBATT, Untersuchung auf modifizierter Funktionsanforderungen - Untersuchung von Performance und Sicherheit an Demonstratoren - Entwicklung eines Batteriemanagementsystems angepasst auf die elektrischen, thermischen und sicherheitsrelevanten Anforderungen des EMBATT-Konzepts - Erstellen eines Fertigungskonzeptes mit Zielkosten für das Gesamtsystem kleiner als 200 Euro/kWh (Unterstützung von TKSY) Im Gesamtprojekt gibt es 6 Arbeitspakete. IAV wird sich an allen beteiligen und benötigt ebenso entsprechende Zuarbeit für die Materialcharakterisierung aller Partner für das Arbeitspaket 6. Details dazu sind in der GVB näher beschrieben. In der Rolle der Arbeitspaketverantwortung für AP6 übernimmt IAV auch die Koordination aller in diesem sattfindenden Tätigkeiten. IAV gliedert seine Themen in 5 Unterarbeitspakete: - AP6.1 Lastenheft EMBATT2.0 - AP6.2 Elektrochemische Modellentwicklung - AP6.3 Modellvalidierung, Performance- und Sicherheitstests - AP6.4 Fertigungskonzept EMBATT2.0 - AP6.5 Überwachungssystem EMBATT2.0 Die genauen Arbeitsinhalte sind der TVB näher beschrieben.
Das zentrale Ziel des HiPoLiT Projektes ist die Erarbeitung, der Aufbau und die Erprobung von Demonstratoren für praxisgerechte, energiedichteoptimierte Lithiumbatterien auf Lithiumtitanoxid (LTO)-Basis. Diese sollen auch bei niedrigen Temperaturen extrem schnellladefähig sein und durch Kombination mit Hochvoltkathoden mit verbesserter Eigensicherheit und Langzeitstabilität auch bei Zyklusprozessen eine gefahrlose Aufladung von Fahrzeugen innerhalb weniger Minuten erlauben. Die Erprobung soll die Batterievorteile praxisnah in attraktiven Erstanwendungen der Elektro-Staplertechnik und der Elektro-Bootsantriebe verifizieren. BMZ bringt in den Verbund das Know-How zur Integration von Zellen in eine Gesamtbatterien und erarbeitet im Rahmen ihrer Projektaufgaben Systemintegrationslösungen, die an die neue Zellchemie, Zellgeometrie und Zelleigenschaften optimal angepasst sind. BMZ erstellt in diesem AP Batterien mit optimierter Energiedichte auf der Systemebene. Die Demonstratorgeometrie und relevante Eckdaten (Gewicht, Spannung, Kapazität, Lade- und Entlade-leistung) werden von den Endanwendern Linde und Torqeedo vorgegeben. Darauf basierend erstellt BMZ Konzepte für Batteriesysteme, die den speziellen Anforderungen des Projektes genügen. Dies umfasst unter anderem die intelligente Führung der Abwärme und Ausnutzung des reduzierten Zellwiderstandes. Neben den Besonderheiten der LTO-Zellchemie, die berücksichtigt werden müssen, entsteht eine besondere Herausforderung auch aus dem Pouch-Zellenformat und den damit verbundenen Problemen bei der Zellkontaktierung, was ein neues Zellhalter- und Kontaktierungsdesign erfordert. Zellen und Module werden in Analogietests geprüft, um ihre Eigenschaften im Einsatz zu ermitteln. Im letzten Schritt werden die zwei Demonstratoren aufgebaut.
Voraussetzung für eine zukünftige, wirtschaftliche Umsetzung des EMBATT-Konzeptes sind gezielte Anstrengungen für die Material- und Prozessentwicklung, die im Projekt EMBATT2.0 adressiert werden. Daraus abgeleitet wurden die wissenschaftlichen und technischen Arbeitsziele des Projektes, die eine Untersetzung des Projektzieles der Entwicklung der großflächigen EMBATT-Bipolarbatterie mit Produkt-kosten kleiner als 200 Euro/kWh und Energiedichten größer als 450 Wh/l bei Berücksichtigung intrinsischer und extrinsischer Sicherheitsfunktionen darstellen. Die ULT AG erforscht in diesem Projekt die dafür notwendige Prozessluft-Konditionierung. AP3: Bewertung des Einflusses der Fertigungsumgebung (Trocknung, Restwassergeh-alt, Entfernung von Restmonomeren, kontinuierliche Temperaturbehandlung zur Härtung des Polymerelektrolyten) AP4: Untersuchung Anforderungen an die Prozessumgebung AP5: dentifizieren und Messung von kritischen Schritten in Bezug auf Schadstoffe für Mensch/Maschine/Produkt - Identifizierung von Anforderungen an Prozessumgebung - Entwurf und Umsetzung einer geeigneten Filter- und Klimalösung AP6: Unterstützung bei der Erstellung des Fertigungskonzepts.
Es werden für zwei spezielle mobile Anwendungen Zellen mit definierten Eigenschaften entwickelt und in einer Kleinserie hergestellt. Die Arbeiten werden mit der Systemspezifikation beginnen. Es werden Parameter wie die Zellchemie (genau spezifiziertes LTO und Kathodenmaterial), Zellgröße und -format der Referenzzelle und Kleinserienzelle sowie Design der Zelle festgelegt. Für die Elektrolytbefüllung der Kleineserienzellen wird eine Glove-Box mit speziellen Einbauten benötigt. Diese muss eine Vakuumvorrichtung und eine Siegeleinheit beinhalten. Nach der Festlegung der Zellchemie und der Bereitstellung der Aktivmaterialien kann in einem ersten Schritt der Einfluss von spezielle behandelten Ableiterfolien auf die Zellperfomance (Innenwiderstand, Rate, Stabilität) untersucht werden, Hierfür werden standardmäßig erhältliche Folien verwendet die eine Aktivierung der Oberfläche entweder durch Beschichtung mit Primer oder durch besondere strukturelle Behandlung ausweisen. Weitere Zellkomponenten wie Separator und Elektrolyt werden beschafft und/oder auf ihre Kompatibilität und Performance hin getestet. Diese Untersuchungen werden mit den parallel ablaufenden Untersuchungen der Partner zusammengeführt und münden im nächsten Schritt in dem optimierten Vollzelldesign. Dieses wird durch die Liacon auf ihre Fertigungskompatibilität hin geprüft. Die von den Partnern festgelegten und erprobten Parameter für die Fertigung der Anoden und Kathodenfolie werden auf das Maß einer Kleinserienfertigung skaliert. Außerdem werden die entsprechenden Zellen aus diesen Folien sowie dem zur Verfügung gestellten Separator gefertigt und mit dem ausgewählten Elektrolyt in der aufgebauten Glove-Box befüllt. Anschließend werden die Zellen formiert, gealtert, abgesaugt und endgesiegelt. Die so entstandenen Zellen werden den Partnern zur Weiterverarbeitung zur Verfügung gestellt.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen dreidimensionalen, schaumbasierten Elektrodenstruktur für die Verwendung in Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen und festen Elektrolyten. Durch das spezielle Design dieser Elektroden können die Energie- und Leistungsdichte sowie die intrinsische Sicherheit im Vergleich zu konventionellen Batteriezellen spürbar verbessert werden. Konventionelle Lithium-Ionen-Batteriekonzepte basieren auf zweidimensionalen Elektrodenstrukturen. Im Regelfall sind dies Aktivmaterialschichten auf einer Metall-Trägerfolie, die zusammen mit einem Polymer-Separator gestapelt werden. Das hier vorgeschlagene Konzept sieht im Gegensatz dazu die Verwendung dreidimensionaler, schaumbasierter Strukturen als Träger für die Aktivmaterialien vor. Durch die große innere Oberfläche der Schäume wird die für den Ionenaustausch zur Verfügung stehende Fläche drastisch gesteigert. Dadurch kann die abrufbare Leistung in gleichem Maße erhöht werden. Da die Schäume gleichzeitig eine hohe Porosität von 95% und mehr aufweisen, ist die volumetrische Energiedichte gleichzeitig ebenfalls sehr hoch. Zum Erreichend der vorgesehen Projektziele werden zunächst speziell angepasste Schaumsubstrate entwickelt. Dazu werden die Anforderungen eng mit den ebenfalls am Projekt beteiligten Anwendern abgestimmt. Im Anschluss erfolgt die Beschichtung der Schäume mit Aktivmaterial. Im Fall des Flüssigsystems werden die Elektroden anschließend direkt in Batteriezellen getestet. Für Festkörperelektrolytbasierte Systeme wird zusätzlich eine Festkörperelektrolytschicht appliziert und die Gegenelektrode direkt aufgebracht. Für beide Varianten ist der Aufbau eines Demonstrators und begleitende Untersuchungen durch erfahrene Batterieanwender vorgesehen.
Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung einer neuartigen dreidimensionalen, schaumbasierten Elektrodenstruktur für die Verwendung in Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen und festen Elektrolyten. Durch das spezielle Design dieser Elektroden können die Energie- und Leistungsdichte sowie die intrinsische Sicherheit im Vergleich zu konventionellen Batteriezellen spürbar verbessert werden. Konventionelle Lithium-Ionen-Batteriekonzepte basieren auf zweidimensionalen Elektrodenstrukturen. Im Regelfall sind dies Aktivmaterialschichten auf einer Metall-Trägerfolie, die zusammen mit einem Polymer-Separator gestapelt werden. Das hier vorgeschlagene Konzept sieht im Gegensatz dazu die Verwendung dreidimensionaler, schaumbasierter Strukturen als Träger für die Aktivmaterialien vor. Durch die große innere Oberfläche der Schäume wird die für den Ionenaustausch zur Verfügung stehende Fläche drastisch gesteigert. Dadurch kann die abrufbare Leistung in gleichem Maße erhöht werden. Da die Schäume gleichzeitig eine hohe Porosität von 95% und mehr aufweisen, ist die volumetrische Energiedichte gleichzeitig ebenfalls sehr hoch. Zum Erreichen der vorgesehen Projektziele werden zunächst speziell angepasste Schaumsubstrate entwickelt. Dazu werden die Anforderungen eng mit den ebenfalls am Projekt beteiligten Anwendern abgestimmt. Im Anschluss erfolgt die Beschichtung der Schäume mit Aktivmaterial. Im Fall des Flüssigsystems werden die Elektroden anschließend direkt in Batteriezellen getestet. Für Festkörperelektrolytbasierte Systeme wird zusätzlich eine Festkörperelektrolytschicht appliziert und die Gegenelektrode direkt aufgebracht. Für beide Varianten ist der Aufbau eines Demonstrators und begleitende Untersuchungen durch erfahre Batterieanwender vorgesehen.
Im Rahmen dieses Teilprojektes sollen die von den Projektpartnern erforschten und optimierten Batteriekomponenten zu Zellen mit besonderer Eignung für Anwendungen in der Elektromobilität und Logistikanwendungen verarbeitet werden. Das inhaltliche Ziel liegt in der Erforschung neuer Batteriekomponenten-kombinationen bestehend aus LTO Anoden, Hochvoltkathoden und innovativen hochvoltkompatiblen Elektrolyten, die mit neuartigen, leistungsstarken und thermomechanisch besonders stabilen Separatoren kombiniert werden. Weiterhin soll das Zelldesign für die Demonstratorzellen erstellt werden, anhand deren die Projektziele bei den Anwendern dargestellt werden sollen. In diesem Teilprojekt Nachdem zu Beginn des Projektes Referenzzellen aufgebaut wurden, wird Parallel zur Komponentenentwicklung der Konsortialpartner am ISIT die Integration der einzelnen Zellkomponenten untersucht, indem laufend Vollzellen mit dem jeweiligen Optimierungsstand der Zellkomponenten gebaut werden. Schließlich soll auf diese Art eine vollständige Integration aller neuen Komponenten (LTO-Anode, LMNO-Kathode, Separator, Elektrolyt) erfolgen. Die so erhaltenen Zellen werden in Hinblick auf die Projektziele charakterisiert. Zusätzlich werden weiterführende Messungen bezüglich Ladeverhalten, Zykelstabilietät und Gasentwicklung an der Zellen durchgeführt. Dieser Ablauf wird in diesem Teilprojekt für 2 Materialgenerationen durchlaufen. Zusätzlich umfasst das Teilprojekt noch die Mitarbeit am Zelldesign für die Demonstratorzellen und den Test der Demonstratorzellen bei verschiedenen Temperaturen.
| Organisation | Count |
|---|---|
| Bund | 227 |
| Europa | 5 |
| Wirtschaft | 1 |
| Wissenschaft | 102 |
| Type | Count |
|---|---|
| Förderprogramm | 227 |
| License | Count |
|---|---|
| Offen | 227 |
| Language | Count |
|---|---|
| Deutsch | 218 |
| Englisch | 22 |
| Resource type | Count |
|---|---|
| Keine | 60 |
| Webseite | 167 |
| Topic | Count |
|---|---|
| Boden | 101 |
| Lebewesen und Lebensräume | 98 |
| Luft | 154 |
| Mensch und Umwelt | 227 |
| Wasser | 59 |
| Weitere | 227 |