Forschungsprojekte

AktivCaps

Neuartige aktivierte Kohlenstoffe für hocheffiziente Doppelschichtkondensatoren

Im Rahmen des BMBF-Projektes AktivCaps wurden karbidabgeleitete Kohlenstoffe (CDCs) für hocheffiziente Doppelschichtkondensatoren (EDLCs) untersucht. Kennzeichnend für das Projekt war das Zusammenspiel von Materialentwicklung und Simulation. Den Kern bildete neben der Materialsynthese und -charakterisierung die Entwicklung und Anpassung von Simulationswerkzeugen, um gezielte Vorhersagen über die Materialeigenschaften der hochporösen aktivierten Kohlenstoffe zu treffen und die Synthesebedingungen dahingehend zu optimieren.

Die Herstellung der EDLC-Elektroden aus den CDCs und die elektrochemischen Tests erfolgten in der Abteilung Elektrochemische Energiespeicher des Fraunhofer IFAM, Oldenburg.

Partner

  • Scienomics GmbH, Neubiberg
  • Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik (CRT), Prof. Dr.-Ing. B. J.M. Etzold (jetzt TU Darmstadt)

Aktivierte Kohlenstoffe erhöhen Energiedichte - Forschungsinitiative Energiespeicher der Bundesregierung

AKUZIL

Entwicklung von Materialien und Komponenten für Zink-Luft-Sekundärelemente unter Berücksichtigung von Systemrestriktionen und Systemoptionen

Ziel des BMBF-Projektes AKUZIL war die Entwicklung von Materialien und Komponenten für wiederaufladbare Zink/Luft-Batterien. Neben dem bekannten alkalisch-wässrigen Elektrolyten wurden hierbei Elektrolyte auf der Basis von ionischen Flüssigkeiten (ILs) untersucht und getestet. Die Mechanismen der Zink-Abscheidung einerseits sowie der Sauerstoffreduktion und -reoxidation in ILs andererseits bildeten dabei wesentliche Schwerpunkte. Die Herstellung und Charakterisierung von optimierten Zinkelektroden und neuartigen Gasdiffusionselektroden waren weitere wichtige Bestandteile des Projektes. Übergeordnete Systemüberlegungen und Berechnungen rundeten das Vorhaben ab.

Der Schwerpunkt des Fraunhofer IFAM lag in der Entwicklung von Katalysatoren, Kohlenstoffträgermaterialien und Elektrodendesigns für neuartige Gasdiffusionselektroden. Deren Zusammenspiel mit ionischen Flüssigkeiten bildete dabei den Kern unserer Forschungsarbeiten.

Partner

  • TU Clausthal, Institut für Elektrochemie, Prof. Dr. F. Endres
  • TU Clausthal, Institut für Chemische Verfahrenstechnik, Prof. Dr.-Ing. U. Kunz
  • TU Clausthal, Institut für Elektrische Energietechnik und Energiesysteme, Prof. Dr. H. Wenzl
  • TU Braunschweig, Institut für Partikeltechnik, Prof. Dr.-Ing. A. Kwade
  • Carl-von-Ossietzky-Universität Oldenburg, Physikalische Chemie, Prof. Dr. G. Wittstock
  • Grillo Werke AG, Goslar
  • Varta Microbattery GmbH, Ellwangen
  • Solvay Fluor GmbH, Hannover
  • Volkswagen AG, Wolfsburg

 

Batt3D

Hochleistungs- und Feststoffbatterien auf Basis dreidimensionaler Stromableiter

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.

Das Fraunhofer IFAM beschäftigt sich mit der Applikation funktionaler Schichten auf den 3D-Substraten: Elektrode/Festkörper-Elektrolyt, sowie mit der Entwicklung von Zellkonzepten und dessen elektrochemischer Charakterisierung.

Partner

  • Alantum Europe GmbH
  • VARTA Microbattery GmbH
  • Jahnke GmbH
  • SEMA Gesellschaft für Innovationen mbH
  • Fraunhofer IAP
  • Hochschule Osnabrück
  • Smart Battery Solutions GmbH
  • enfas GmbH

MASAK

Magnesiumsulfidakku zur Elektroenergiespeicherung

Im Rahmen des BMBF-Projektes MASAK wurde ein neues Speicherkonzept basierend auf Magnesium und Kupfersulfid untersucht. Analog zur Lithium/Schwefel-Batterie übernehmen hier Sulfidanionen den ionischen Ladungstransport innerhalb der Zellen. Ziel war die Erprobung dieses bislang einmaligen Systems im Sinne eines proof-of-concept. Es wurden Verfahren zur Herstellung von Cu/CuS- und Mg/MgS-Elektroden entwickelt und optimiert und die Elektroden umfassend charakterisiert. Die Suche nach einem geeigneten Elektrolyten bildete einen weiteren wesentlichen Schwerpunkt des Projektes. Die Elektrolytsynthesen auf der Basis von ionischen Flüssigkeiten wurden durch molekulardynamische (MD-) Simulationen gestützt und ergänzt.

Die Teilprojekte des Fraunhofer IFAM umfassten u.a. die physikalisch-chemische Charakterisierung der Elektroden, die elektrochemische Analyse potentieller Elektrolytkandidaten sowie den Bau und das Testen der elektrochemischen Zellen.

Partner

  • Brandenburgische Kondensatoren GmbH
  • Universität Rostock, Physikalische und Theoretische Chemie, Prof. Dr. R. Ludwig

Veröffentlichung zum Thema Magnesiumsulfidakku - Fraunhofer Publica

Magnesiumsulfid: Alternative zu Lithium - Forschungsinitiative Energiespeicher der Bundesregierung

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

PolyBatt

Intelligente Polymerfolien mit integrierten Lichtwellenleitern zur verbesserten Zustandsüberwachung von prismatischen Lithium-Ionen-Batteriezellen

Das Ziel dieses Forschungsvorhabens ist die Entwicklung eines neuartigen und kostengünstigen Fertigungsverfahrens zur Herstellung intelligenter Polymerfolien, um die weiter steigenden Sicherheits- und Qualitätsanforderungen an Lithium-Ionen-Zellen zu gewährleisten. Diese Polymerfolien können auf konventionelle prismatische Lithium-Ionen-Zellen aufgebracht oder direkt als Hüllenmaterial verwendet werden und dienen als Ergänzung zu konventionellen Batteriemanagementsystemen der kontinuierlichen Überwachung des Lade- und Gesundheitszustand der Zellen. So kann z.B. die Sicherheit von billig produzierten prismatischen Zellen in einem nachträglichen Arbeitsprozess signifikant gesteigert werden.

Partner

  • Fraunhofer HHI – Abteilung Faseroptische Sensorsysteme
  • Power Innovation Stromversorgungstechnik GmbH
  • Stöbich Technology GmbH

In situ equipment condition monitoring of lithium-ion-cells by novel fiber optic sensor systems