Elektrische, chemische und thermische Energiespeicher

Die sichere Speicherung elektrischer Energie mit hoher Energie- und Leistungsdichte stellt eine Herausforderung dar. Werkstoff- und verfahrenstechnische Aspekte stehen am Fraunhofer IFAM im Vordergrund, um Lösungen für elektrische, chemische und thermische Energiespeicher zu erarbeiten. Im Fokus stehen Li-Ionen-, Festkörper- und Metall/Luft-Batterien. Die Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologie sowie die effiziente, hochdynamische Speicherung thermischer Energie stellen weitere Forschungsbereiche dar.

Im Folgenden geben wir Ihnen einen ersten Eindruck unserer Forschungsschwerpunkte:

Elektrische Energiespeicher

 

Die Lithium-Ionen-Technologie bestimmt die Entwicklung elektrochemischer Energiespeicher seit den 1990er Jahren. Am Fraunhofer IFAM stehen aber auch andere Batteriesysteme wie Festkörperbatterien und Metall/Luft-Batterien besonders im Fokus.

Bei der Herstellung von Batteriezellen bestehen zwischen den einzelnen Prozessschritten, vom Pulver bis zur Zelle, vielfältige Wechselwirkungen. Änderungen einzelner Prozessschritte haben daher Auswirkungen auf die gesamte Kette. Maßgeschneiderte Analysetechniken für die Material- und Zellcharakterisierung spielen eine ebenso wichtige Rolle. Lebensdauer und Batteriealterung können durch die Wahl der Betriebsbedingungen gezielt beeinflusst werden. Dabei muss die Sicherheit über den gesamten Lebenszyklus gewährleistet sein.

Zur Erforschung von Batterien der nächsten Generation steht am Fraunhofer IFAM in Bremen ein Labor für die Entwicklung von Festkörperbatterien zur Verfügung. Außerdem ist das Institut am Standort Braunschweig am Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme ZESS  beteiligt. Dort liegt der Forschungsschwerpunkt auf den Gebieten der Festkörperbatterien und der chemischen Wasserstoffspeicherung.

Wasserstofftechnologie

 

Wasserstoff wird als vielseitiger Energieträger eine Schlüsselrolle für den langfristigen Erfolg der Energiewende und für den Klimaschutz spielen. Die neue Wasserstoffwirtschaft braucht zahlreiche technische, infrastrukturelle und regulatorische Innovationen. Technische Systeme zur Erzeugung, Speicherung, Verteilung sowie Verwendung von Wasserstoff, müssen kontinuierlich weiterentwickelt werden, damit sie effizienter, robuster, sicherer und wirtschaftlicher werden können.

Vor diesem Hintergrund entwickelt das Fraunhofer IFAM im Auftrag von Kunden innovative Werkstoffe, Fertigungstechnologien und Systemkomponenten u. a. in den Forschungsbereichen Elektrolyse, Hydride und Hydrolyse.

Eine ganz aktuelle Innovation von den Forscherinnen und Forschern des Fraunhofer IFAM in Dresden stellt die »POWERPASTE« dar, die auf dem Feststoff Magnesiumhydrid basiert und mit der sich Wasserstoff bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck chemisch speichern und bedarfsgerecht wieder freisetzen lässt. 

Hochleistungswärmespeicher

 

Thermische Energiespeicher (Wärme-/Kältespeicher) mit hoher Leistung gewinnen insbesondere zur Erhöhung der Effizienz zyklischer thermischer Prozesse an Bedeutung. Am Fraunhofer IFAM in Dresden wird intensiv im Bereich der latenten und sorptiven Wärmespeicher geforscht.

Latente Wärmespeicher nutzen die Schmelzwärme eines Phase Change Materials (PCM) und speichern so Wärme mit hoher Speicherdichte bei moderaten Kosten und nahezu konstanter Temperatur. Sorptive Wärmespeicher nutzen die Bindungswärme einer Adsorption oder einer chemischen Reaktion (thermochemische Speicher).

Das Geschäftsfeld Energie und Thermisches Management bietet langjährige  Kompetenzen entlang der gesamten Entwicklungskette dieser innovativen thermischen Speichertechnologien unter Nutzung des hausinternen Werkstoffknowhows (z. B. zellulare Metalle) an – vom Konzept über die Auslegung und Entwicklung bis zur Validierung.