Das Projekt "Teilvorhaben A: Metallschaum" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alantum Europe GmbH durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt Technologieentwicklung zur Realisierung von zellularen Kernstrukturen in Druckgussbauteilen aus Aluminium" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Elektromotorenwerk Grünhain GmbH durchgeführt. Hauptziel ist die Einsparung von Ressourcen/Energie in der Gießerei durch Integration von Porenstrukturen in Gussbauteile. Die Substitution von massiven inneren Bereichen der Bauteile durch ein aus Gasblasen generiertes Schaumgefüge wird bis zu 20 Prozent des eingesetzten Materials und die dazu notwendige Aufschmelzenergie einsparen. Als sekundäre Einsparungen an Energie kommt außerdem die Reduktion der zur Erzeugung des zu vergießenden Metalls notwendigen Energie und der Leichtbaueffekt der erzeugten Produkte zum Tragen. Dieser äußert sich z. B. bei bewegten Teilen durch eine Reduzierung der notwendigen Antriebsenergie und bringt u. a. logistische Vorteile. Die Aufgabenstellung ist auf drei Materialien (Al, Cu, Zn) ausgerichtet, die jeweils von einer Gießerei bearbeitet werden. Das Fraunhofer-Institut IWU koordiniert den Verbund , ist verantwortlich für Treibmittelentwicklung und labortechnischen Grundlagenversuche. Für alle beteiligten Gießereien steht mit der Einführung der Technologie ein neues Arbeitsfeld zur Verfügung, das zu einem weiteren Standbein der KMU wird. Die Akzeptanz der jeweiligen Kundenkreise beruht zumeist auf dem reduzierten Gewicht der Teile, wodurch der Vorteil der Ressourceneinsparung maßgeblich innerhalb des Unternehmens des Projektpartners verbleibt und somit auch hinsichtlich der gegenwärtigen Krise einer Sicherung der markwirtschaftlichen Stellung darstellt. Der EMG-Arbeitsplan entspricht den Arbeitspaketen im Projektvorhaben - siehe Anlage.
Das Projekt "Entwicklung eines Biogasreformers zur Versorgung einer PEM-Brennstoffzelle mit Wasserstoff auf der Basis innovativer Katalysatorträger (RefoBIO) - Untersuchung und Optimierung von innovativen Katalysatoren und Katalysatorträgern für die Aufbereitung und Reformierung von Biogas zur Verwendung in einem Brennstoffzellen-BHKW" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bremen, Zentrum für Umweltforschung und nachhaltige Technologien, Abteilung Verfahrenstechnik der Wertstoffrückgewinnung durchgeführt. Die direkte Verstromung von Biogas in einem Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk vor Ort hat gegenüber der Aufbereitung dieses Gases auf Erdgasqualität und dessen Einspeisung ins Erdgasnetz den Vorteil einer höheren Gesamteffizienz, wenn die Wärmenutzung gesichert ist, da bei der Biogasaufbereitung und -einspeisung erhebliche Methanverluste auftreten können. Das Ziel des Gesamtprojekts ist es, ein Biogas-Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk zu entwickeln und an einer Biogasanlage im realen Betrieb zu integrieren. Zum einen soll dabei das Biogas durch katalytische Umsetzungen von schädlichen Bestandteilen gereinigt werden. Gegenwärtig wird oftmals die Entfernung der Schadstoffe durch Einsatz von Aktivkohle vorgenommen. Diese Reinigungsverfahren sind kostenintensiv. Daher sollen diese Reinigungsstufen mit Katalysatoren auf Basis von Metallschäumen durchgeführt werden. Das Ziel ist hierbei eine Feinreinigung auf für das BZ-BHKW geeignete Konzentrationen. Zum anderen wird das eigentliche Biogas-Brennstoffzellen-Blockheizkraftwerk entwickelt. Hierzu werden ebenfalls Katalysatoren auf Basis von Metallschäumen getestet und entwickelt. Ebenso werden die weiteren Komponenten der Anlage, d.h. Brenner und Abgasstrecke, Reformer und CO-Entfernung auf die Gegebenheiten der Biogasanlage angepasst.
Das Projekt "Teilprojekt Technologieentwicklung zur Realisierung von porösen Kernstrukturen im Niederdruck-Kokillenguss und Sandguss zur Materialeinsparung ohne Beeinträchtigung von Funktion und Geometrie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hermann Sieg GmbH durchgeführt. Hauptziel ist die Einsparung von Ressourcen und Energie in der Gießerei durch die Integration von Porenstrukturen in Gussteile. Die Substitution von massiven inneren Bereichen dieser durch ein aus Gasblasen generiertes Schaumgefüge, wird bis zu 20 Prozent des Materials und die dazu notwendige Schmelzenergie einsparen. Als sekundäre Einsparung kommt außerdem die Reduktion der zur Erzeugung des Gießmetalls notwendigen Energie und der Leichtbaueffekt der erzeugten Produkte zum Tragen. Dieser äußert sich z. B. bei bewegten Teilen durch eine Reduzierung der notwendigen Antriebsenergie. Die Aufgabenstellung ist auf drei Materialien (Al, Cu, Zn) ausgerichtet, die jeweils von einer Gießerei bearbeitet werden. Das Fraunhofer-Institut IWU koordiniert den Verbund und ist verantwortlich für die Treibmittelentwicklung und die labortechnischen Grundlagenversuche. Für alle beteiligten Gießereien steht mit der Einführung der Technologie ein neues Arbeitsfeld zur Verfügung, welches zu einem weiteren Standbein der KMU wird. Die H. Sieg GmbH bringt im Al-ND-Guss und Al- bzw. Cu-Sandguss maßgebliches Know-how in die Arbeitspakete des Projekts ein. Die Umsetzung der erarbeiteten Grundlagen für diese Verfahren wird hier erfolgen, wodurch sich die Anwendungsbreite der Projektergebnisse vergrößert. Arbeitspaketbeteiligung: AP1 Potentialermittlung; AP2 Konzeptentwurf, Parameterdefinition; AP3 Bewertung Ergebnisse; AP4 Fertigung, Inbetriebnahme; AP5 Reenginiering; AP6 Zusammenfassung, Doku., Ergebnisaufbereitung
Das Projekt "Teilvorhaben: Schaffung einer konstanten Umgebungstemperatur für Akkumulatoren sowie Konzepterarbeitung zur innenliegenden Kühlung für permanenterregte dreiphasige Synchronmaschinen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von WätaS Wärmetauscher Sachsen GmbH - Abteilung Forschung und Entwicklung durchgeführt. Vor dem Hintergrund in Deutschland einen Leitmarkt für Elektromobilität zu schaffen, besteht das Gesamtziel des Vorhabens in der Erarbeitung eines funktionellen Fahrzeugkonzeptes für Ballungszentren. Dabei werden ein modularer Aufbau, der eine Anpassung des Fahrzeuges an die Nutzerbedürfnisse erlaubt, eine deutliche Gewichtsoptimierung und damit Reichweitenverlängerung sowie ein klarer Kostenvorteil gegenüber anderen Konzepten angestrebt. Ziel des Teilprojektes ist die Konzepterarbeitung und Umsetzung einer innenliegenden Kühlung für Synchronmaschinen sowie die Erforschung einer passiven Akkumulatorentemperierung. Temperaturschwankungen erzeugen in Akkumulatoren Kapazitätsverluste und verringern die Lebensdauer. Hierfür sollen verschiedene Forschungsansätze analysiert und auf Praxistauglichkeit überprüft werden. Schwerpunkt ist dabei die möglichst geringe Verwendung elektrischer Energie, um die Reichweite nicht zu minimieren. Außerdem sollen Kühlstrategien erarbeitet werden, um die entstehende Wärme im Inneren des Elektromotors besser abzuleiten. Innovative Ansätze über Metallschäume und CO2 als Kühlmittel werden dabei untersucht. Die mögliche Rückgewinnung der Wärme zur Heizung der Fahrgastzelle ist ebenso Untersuchungsgegenstand des Vorhabens.
Das Projekt "Teilprojekt: Formwerkzeugentwicklung auf Basis zellularer Metalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Beim Projektpartner Ruch Novaplast werden Partikelschaumstoffe aus expandiertem Polystyrol (EPS) bzw. Polypropylen (EPP) durch Aufschäumen eines Granulates in entsprechenden Aluminium-Formwerkzeugen hergestellt. Dabei müssen sowohl das Granulat als auch das aus massivem Aluminium gefertigte Formwerkzeug bei jedem Zyklus erwärmt und wieder abgekühlt werden. Derzeit gehen dabei nahezu 90 Prozent der zugeführten Energie verloren. Das Ziel des Teilvorhabens besteht darin, die energetische Effizienz des Fertigungsprozesses signifikant zu verbessern. Dies soll einerseits durch den Einsatz offenzelliger metallischer Werkstoffe zur Senkung der thermischen Masse der Formwerkzeuge erreicht werden. Zusätzlich ist eine grundlegende energetische Optimierung der Formwerkzeug-Temperierung sowie der Prozessperipherie geplant. Offenzellige Metalle (Metallschäume) kombinieren exzellente mechanische Eigenschaften mit geringer Masse und guter Durchströmbarkeit. Damit wird die Wärmekapazität der Formwerkzeuge signifikant gesenkt, deren Formstabilität zur Sicherung der Maßhaltigkeit der Schaumstoffe erhalten und eine homogen verteilte Zuführung des zum Aufschäumen benötigten Wasserdampfes gewährleistet. Die flächige Verteilung der Wasserdampfzufuhr verbessert außerdem die Strukturqualität der Schaumteiloberfläche. Neben der Homogenisierung der Werkzeugtemperierung sollen auch die peripheren Systeme energetisch optimiert werden (Minimierung der Wärmezufuhr, Wärmespeicherung und Wärmerückgewinnung).
Das Projekt "Teilverbund B: HB Applikation, DD Metallschaumsynthese, PM Polymersynthese" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung durchgeführt. 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 erfahrene Batterieanwender vorgesehen.
Das Projekt "Teilprojekt: Material- und Energieschonung durch intelligentes Gießen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von HZD Havelländische Zink-Druckguß-GmbH & Co. KG durchgeführt. Ziel des Verbundprojektes ist es einerseits, die Innovation und Ressourcenschonung der Metallschäume mit der sehr großen Anwendungsbreite des Gießens vorteilhaft zu verknüpfen und andererseits unsere Marktposition und Wettbewerbsfähigkeit auszubauen. Zellulare Strukturen sollen in herkömmliche Gussteile so eingebracht werden, dass ohne Beeinträchtigung von Funktion und Geometrie Material eingespart werden kann. Dabei konzentriert sich HZD auf den Werkstoff Zink. Arbeitsplanung: 1. Grundlegende Betrachtungen 2. Technologische und werkstofftechnische Untersuchungen 3. Technologie zur serientechnischen Umsetzung 4. Aufbau einer prototypischen Umsetzung unter Serienverhältnissen 5. Überarbeitung des Produktionskonzeptes zur Serientauglichkeit.
Das Projekt "Teilvorhaben J: Applikation" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Smart Battery Solutions GmbH durchgeführt. 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.
Das Projekt "Teilprojekt Ressourceneffiziente Seriengussbauteile auf Basis zellularer Kernstrukturen - Grundlagenforschung und Technologieentwicklung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik durchgeführt. Hauptziel des Projektes ist die Einsparung von Ressourcen und Energie in der Gießerei durch das die Integration von Porenstrukturen in Gussbauteile. Die Substitution von massiven Bereichen im Inneren der Bauteile durch ein aus Gasblasen generiertes Schaumgefüge, wird bis zu 20 Prozent des eingesetzten Materials und somit die dazu notwendige Aufschmelzenergie reduzieren. Als sekundäre Einsparungen an Energie kommen außerdem die Reduktion der zur Erzeugung des zu vergießenden Metalls notwendigen Energie und der Leichtbaueffekt der erzeugten Produkte zum Tragen. Dieser äußert sich z.B. bei bewegten Teilen durch eine Reduzierung der notwendigen Antriebsenergie und bringt u.a. logistisch Vorteile. Als Kompetenzträger für Metallschaum ist das Institut an der Umsetzung der meisten Arbeitspakete beteiligt und übernimmt maßgeblich die konstruktiven, analytischen und werkstofftechnischen Aufgaben sowie das Projektmanagement. Arbeitsschritte: AP1- Grundlegende Betrachtungen zu Schmelze und Schaumbildung; Potentialermittlung; Entwicklung Demonstratorteile; Prozessparameterdefinition; AP2- Technologische und Werkstoffuntersuchung; Konzeptentwurf und Parameterermittlung; AP4- Aufbau der prototypischen Umsetzung; AP5-Anpassung Konzept zur Serientauglichkeit; AP6- Publikation; Zusammenfassung; Ergebnisaufbereitung
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