Forschungsprojekte

AMaLiS#

Alternative Materialien und Komponenten für aprotische Lithium/Sauerstoff-Batterien: Ionische Flüssigkeiten und Titancarbid-basierte Gasdiffusionselektroden

In den vergangenen Jahren vollzog sich ein immenser Fortschritt hinsichtlich des Verständnisses der chemischen und elektrochemischen Prozesse innerhalb der Li/Sauerstoff Technologie. Doch trotz dieser verbesserten fundamentalen Kenntnisse verbleiben Herausforderungen gerade in Bezug auf Elektroden- und Elektrolytstabilität in diesem System. Seitens des Fraunhofer IFAM wird in dem Teilvorhaben »TiC-GDE« die Entwicklung einer Gasdiffusionselektrode (GDE) für Li/O2-Systeme auf Basis von Tintancarbid (TiC) -Materialien verfolgt. Ziel ist es, eine stabile, Kohlenstofffreie Gasdiffusionselektrode herzustellen, die den vielfältigen Anforderungen der Sauerstoff-Redox-Chemie in den aprotischen Li/O2-Zellen gerecht wird. Des Weiteren sind neben geringen Materialkosten ebenso geringes Eigengewicht und gute Leitfähigkeit des Aktivmaterials der GDE entscheidende Faktoren, wobei TiC eine vielversprechende Option darstellt.

Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Partner

  • Iolitec GmbH, Dr. T. Schubert
  • Westfälische Wilhelms-Universität, MEET Batterieforschungszentrum, P. Bieker, Prof. M. Winter
  • Universität Oldenburg, Prof. G. Wittstock

BeLiMIA#

Beobachtung von Lithiumionenzellen mittels Zusammenführung von Messmethoden zur Identifizierung und Quantifizierung von Alterungsvorgängen

Das Projektziel von BeLiMIA besteht darin, auf Basis der qualitativ breit gefächerten und teils gut bekannten Alterungsphänomene quantitative Größen zur Alterung mittels optischer Sensorik und neu entwickelter experimentell erfasster Alterungstestprozeduren zu erhalten. Dies geschieht über zu Projektbeginn definierte Alterungseffekte, die gezielt untersucht werden sollen und entsprechende Zell-Setups erfordern. Sensorische und elektrische Daten, die während des Betriebes der Zelle erfasst werden, werden zum Erkenntnisgewinn durch post-mortem Untersuchungen nach definiertem EOL der Zellen ergänzt. Das Fraunhofer IFAM trägt zum Projekt elektrische und thermische Messungen der Zellalterung, post-mortem Analysen und EIS-Messungen (DRT-Analyse) bei. Wesentlich verantwortlich ist das Fraunhofer IFAM für die im Projekt erforschte Signalzusammenführung, Datenauswertung und -analyse zur Quantifizierung der Alterungsprozesse.

Das übergeordnete Arbeitsziel des Fraunhofer IFAM ist die Wissenserweiterung zur Datenanalyse mittels optimiertem Daten- und Wissensmanagements am Beispiel der Korrelation von optischen Sensordaten und elektrischen/chemischen Alterungsdaten sowie die Generierung eines Mehrwerts für eine zukünftige Echtzeit-Alterungsprognose von Lithium-Ionen Batterien und beschleunigten Alterungstests.

Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung

Partner

  • Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie ISIT, Dr. Andreas Würsig, Dr. Reinhard Mörtel
  • Fraunhofer Heinrich-Hertz-Institut HHI, Prof. Dr. Wolfgang Schade, Antonio Nedjalkov

MeLuBatt#

Frischer Wind für Metall/Luftsauerstoff-Batterien: Was man von Lithium-Ionen-Batterien lernen kann

In MeLuBatt werden zwei zentrale Lösungsansätze werden verfolgt: Zum einen sollen die Ursachen der Elektrolyt-Zersetzung in Metall/Luft-Batterien (MLB) erforscht werden, um Lösungen für diese Problematik nach dem Vorbild der Li-Ionen Batterien (LIB) erarbeiten zu können. Zum anderen soll erforscht werden, ob der erheblich reaktivere Singulett-Sauerstoff bei der elektrochemischen Bildung von Sauerstoff die bekannten Degradationsphänome verursacht. Die im Projekt gesammelten Erkenntnisse werden zur Elektrolyt- und Anoden-Stabilisierung erstmals konzertiert für eine Vielzahl von Metall/Luft-Batterien hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, auch im Vergleich zu LIB, angewendet. Die MLB-Vollzellen sind abgestimmt auf Anode, Elektrolyt und Kathode.

Der Schwerpunkt des Fraunhofer IFAM liegt in der Entwicklung einer idealen Gasdiffusionselektrode (Kathode) für die unterschiedlichen im Projekt untersuchten Metall/Luft-Systeme und diese unter Betriebsbedingungen zu testen.

Partner

  • Justus Liebig Universität, Prof. Janek
  • Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Prof. Winter
  • Technische Universität Braunschweig, Prof. Krewer
  • Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg, Dr. Marinaro
  • Forschungszentrum Jülich, Prof. Eichel
  • Universität Bonn, Prof. Baltruschat

NeuroBatt#

Neuronale Netzwerke zur Zustandsüberwachung von Batterien

Im Projekt NeuroBatt geht es um das Anlernen neuronaler Netzwerke mit optischen Sensorsystemen und dynamischen Impedanzdaten zur Zustandsüberwachung von Lithiumionenbatteriespeichern und Anwendung der generierten künstlichen Intelligenz auf vorgealterte beziehungsweise in verschiedener Bauform ausgeführte Batteriezell-speichereinheiten. Das Projekt zielt auf die Entwicklung einer optimierten Betriebsstrategie zur effizienten und nachhaltigen Nutzung von elektrischen Energiespeichern ab. Dabei spielt neben der Erstanwendung der Batteriezellen in portablen und mobilen Anwendungen auch das Thema der Zweitverwertung von Zellen für die stationäre Anwendung eine wesentliche Rolle. Ein Schwerpunkt des Fraunhofer IFAM ist es, mithilfe von zyklischen und kalendarischen Alterungstests unterschiedliche Anwendungsszenarien zu simulieren. Darüber hinaus wird mithilfe dynamischer Impedanzmessungen die Echtzeitmessung des SOH der Zellen im Betrieb sowie die gezielte Detektion spezifischer Alterungsprozesse (z.B. Li-Plating) ermöglicht. Auf diese Weise wird eine umfangreiche Datenbasis generiert, die zum Anlernen der Neuronalen Netze (NN) herangezogen wird. Gleichzeitig wird ein physikalischer Modellierungsansatz verfolgt, der zur Validierung der mithilfe der Künstlichen Intelligenz (KI) erzeugten, zellchemieunabhängigen Prognoseergebnisse zur Zustandsbestimmung der Zelle herangezogen wird und zur Identifizierung alterungsrelevanter Parameter dient.

Förderer: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie

Partner

  • algorithmica technologies GmbH, Dr. Patrick Bangert, Benjamin Eckenfels
  • Custom Cells Itzehoe GmbH, Dr. Sebastian Willrodt
  • Frequenz Energy-as-a-Service GmbH, Dr. Lars Kirchhoff 
  • FiSens GmbH, Dr. Christian Waltermann
  • Fraunhofer HHI – Faseroptische Sensorsysteme, Antonio Nedjalkov  
  • Batterieingenieure GmbH, Dominik Schulte

ZIB#

Zink-Ionen Batterien: Ökonomische und ökologische Alternative für Großspeicher

In dem Projekt ZIB geht es um die Umsetzung und technische Machbarkeit der Zink-Ionen Technologie für industrierelevante, stationäre Anwendungen. Auf Basis der im Labor bereits gezeigten Funktionalität werden vom Fraunhofer IFAM die definierten und weiterentwickelten Elektrodenmaterialien zu Pasten und Kathoden bzw. Anoden weiterverarbeitet. Neben der Erarbeitung der Pastenformulierungen unter Berücksichtigung notwendiger Additive ist ein weiterer Schwerpunkt des Fraunhofer IFAM im Projekt die Entwicklung eines passenden Zelldesigns, verknüpft mit dem Zell- und Hochleistungsdemonstratorbau und entsprechenden Tests.

Förderer: Bundesministerium für Bildung und Forschung  

Partner

  • Universität Bremen – Energiespeicher und Energiewandlersysteme, Prof. Fabio La Mantia
  • Technische Universität Clausthal - Institut für Elektrochemie, Prof. Dr. Frank Endres
  • DECHEMA-Forschungsinstitut, Dr. Jean-Francois Drillet
  • Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt/ Helmholtz-Institut Ulm, Dr. Birger Horstmann, Prof. Dr. Arnulf Latz
  • Grillo-Werke AG Grillo, Mathias May, Petra Gehrke