Im IEK1-Teilprojekt sollen hochskalierbare, 10-150 Mikrometer dicke Festelektrolyte aus Lithium-ionenleitenden (glas)keramischen Materialien durch den Foliengießprozess hergestellt werden. Der Schwerpunkt des HI MS-Teilprojektes liegt auf der Erforschung verschiedener Herstellungsrouten von Elektroden und Zellen mit unterschiedlicher Geometrie sowie auf deren elektrochemischer Charakterisierung. IEK-1: Folgende Arbeitsschritte sollen durchgeführt werden: 1. Herstellung von einlagiger dichten, mechanisch stabilen und gut leitenden Elektrolytschichten. 2. Herstellung von doppellagigen Schichtsystemen, die aus einer dichten und einer porösen Schicht bestehen. 3. Aufbringung der Kathodenmaterialien auf den Elektrolytschichten durch Siebdruck oder Infiltration. Dabei werden sowohl geeignete Materialkombinationen als auch Sinterbedingungen für Kathodenpasten und Infiltrationslösungen untersucht und optimiert. 4. In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern werden umfassende Untersuchungen zum elektrochemischen Zyklierverhalten durchgeführt und dementsprechend die Prozesse in oben geschriebenen Arbeitsschritten 1-3 optimiert. HI-MS: Es sollen auch die von den Partnern gelieferten Elektrolyte und Elektroden in Zellen mit unterschiedlichem Zelldesign eingebracht und hinsichtlich ihrer Eigenschaften in der Zelle charakterisiert werden. Standardisierte Testverfahren für die Festkörperzellen sollen in Zusammenarbeit mit den Materialherstellern erstellt werden. Dabei sollen die Testprotokolle auch galvanostatisches Zyklisieren bei verschiedenen Temperaturen zur Bestimmung von Kapazität und Zyklenlebensdauer sowie ggf. Impedanzspektroskopie zur Analyse des Innenwiderstandes umfassen. Die Ergebnisse fließen in Materialentwicklung (AP 2 bis 6) und das Zelldesign (AP 7.1) ein. Ziel ist es am Ende des Projektes eine komplette Batterie mit mindestens drei funktionierenden Wiederholeinheiten zu erstellen mit einer Energiedichte von größer als 800 Wh/L und einer Wunschlebensdauer der Zellen von 100 Zyklen.
Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Das Projekt SpeedColl2 erforscht die Möglichkeiten der Prüfung und Verbesserung der Gebrauchsdauer sowie deren Abschätzung und die Nachhaltigkeit von solarthermischen Kollektoren, Komponenten und Materialien für den Einsatz in unterschiedlichen Klimaten und Exportmärkten. Es greift die Arbeiten des Vorgängerprojekts SpeedColl auf, in dem u. a. solarthermische Kollektoren und deren Komponenten über einen Zeitraum von vier Jahren in unterschiedlichen Regionen exponiert und im Labor untersucht sowie Modelle für Alterungsprozesse erstellt wurden und in dessen Rahmen wichtige Erkenntnisse bezüglich der klima- und betriebsbedingten Alterung von solarthermische Kollektoren gewonnen wurden. SpeedColl2 ergänzt und vervollständigt diese Forschung im Sinne der Weiterverfolgung der Datenerfassung, -aufbereitung und -verwertung sowie der Erweiterung der physikalisch-chemischen Grundlagenkenntnisse. Das Projektziel ist die Gebrauchsdauerabschätzung für solarthermische Kollektoren und Komponenten durch die Entwicklung und Definition entsprechender Prüfverfahren sowie die Berechnung des ökologischen Fußabdrucks unter Berücksichtigung ihrer spezifischen Gebrauchsdauer. Das Vorhaben SpeedColl2 steht somit im Einklang mit den förderpolitischen Zielen des 6. Energieforschungsprogramms und der Stärkung einer umweltschonenden und zuverlässigen Energieversorgung. Darüber hinaus beschäftigt es sich ausführlich mit den Gegebenheiten neuer Exportmärkte und somit auch der Stärkung der deutschen Industrie im Bereich der solarthermischen Energieversorgung. 1. Untersuchung und Erfassung der Feuchtigkeit im Kollektor 2. Untersuchung des Belastungskollektivs Salz, Sand und Feuchte und seiner Wirkungen 3. Untersuchung des Einflusses der Wärmedämmung 4. Entwicklung von Prüfungen zur Gebrauchsdauerabschätzung für Kollektoren / Komponenten 5. Entwicklung von Möglichkeiten zur Klassifizierung von solarthermischen Kollektoren und deren Komponenten 6. Erarbeitung von Beiträgen zur Normung.