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SICHERE UND LEISTUNGSSTARKE FESTKÖRPERBATTERIEN AUF BASIS VON POLYMEREN UND SULFIDEN FÜR ELEKTROAUTOS, FLUGTAXIS, MOBILE ROBOTER UND CO. | Festkörperbatterien sind ein wichtiger Baustein für die Elektrifizierung der Mobilität: Sie sind sicherer und ermöglichen mehr Reichweite und kürzere Ladezeiten als herkömmliche Li-Ion-Akkus. Neue Zellkonzepte ermöglichen sogar noch höhere Energiedichten. Das Fraunhofer IFAM erforscht polymer- und sulfidbasierte Festkörperbatterien für unterschiedliche Anwendungsbereiche der Elektromobilität. Die Entwicklungsarbeit orientiert sich an der industriellen Batterieherstellung und reicht von neuen Materialien für Festelektrolyte über Batteriekomponenten (Elektroden und Separatoren) bis hin zu Fertigungsprozessschritten und Assemblierung von Zellen.

Im Fachmagazin adhäsion (Ausgabe 7-8/21) berichten Dr. Heinrich Kordy und andere Experten aus der Arbeitsgruppe »Klebtechnische Prozesse« am Fraunhofer IFAM über Ergebnisse eines Forschungsprojekts mit dem Ziel, Bipolarplatten klebgerecht zu designen, geeignete Klebstoffe auszuwählen und Qualifizierungsmaßnahmen zur Freiprüfung zu entwickeln.

Manuelle Prüfprozesse zur Qualitätssicherung stehen oftmals einer ökonomischen Optimierung von Prozessschritten gegenüber. Durch den Einsatz von künstlicher Intelligenz und maschinellem Lernen können diese Hürden überwunden und die Qualität des Endprodukts sowie die Fertigungsgeschwindigkeit signifikant erhöht werden. Zusätzlich ermöglichen wissensbasierte Algorithmen einen gezielten Wissenstransfer zur Unterstützung von Mitarbeitenden sowie neue digitale Geschäftsmodelle.

Die Bearbeitung von Großbauteilen durch riesige Bearbeitungszentren ist oft ein Flaschenhals in der Produktion. Dabei ist die Prozessführung räumlich auf die Anlagengröße begrenzt und durch das Bauprinzip in der Flexibilität eingeschränkt. Dies wird durch den Einsatz mobiler Industrieroboter (IR) vermieden. Bei Verwendung von CNC-gesteuerten Robotern lassen sich zudem bestehende Programme weiter nutzen.

Wasserstoff wird als vielseitiger Energieträger eine Schlüsselrolle für den langfristigen Erfolg der Energiewende und für den Klimaschutz spielen. Neben klimapolitischen Aspekten ebnen Wasserstoff- und Brennstoffzellentechnologien den Weg zu vielen nachhaltigen Arbeitsplätzen, neuen Wertschöpfungsketten und einem globalen Milliarden-Markt. Vor diesem Hintergrund entwickelt das Fraunhofer IFAM innovative Werkstoffe, Fertigungstechnologien und technische Komponenten, damit technische Systeme zur Erzeugung, Verteilung, Speicherung sowie Verwendung von Wasserstoff effizienter, robuster, sicherer und wirtschaftlicher werden können.

Die deutsche Bundesregierung hat für alle Bereiche der Energiewende klare Ziele formuliert. Die Energieversorgung soll zunehmend auf erneuerbare Energien umgestellt und effizienter genutzt werden. Neben dem Fokus auf die Stromerzeugung bieten die Sektoren Wärme und Mobilität hin zu erneuerbaren Energien ein großes Potenzial. Um das Zusammenspiel der drei Sektoren zu analysieren, bedarf es angepasster Methoden und Tools.

DIFFUSION UND VERSPRÖDUNG BEI SPEICHERUNG UND TRANSPORT VON WASSERSTOFF ENTGEGENTRETEN | Für eine erfolgreiche Energiewende wird grüner Wasserstoff eine entscheidende Rolle spielen. Die Entwicklung neuer Wasserstofftechnologien fordert Techniken und Verfahren, die eine sichere Erzeugung, Speicherung, Verteilung und Verwendung von Wasserstoff ermöglichen. Zentrale materialwissenschaftliche Herausforderungen sind die Diffusion von Wasserstoff und die damit einhergehende Versprödung von eingesetztem Material. Die Abteilung »Plasmatechnik und Oberflächen« am Fraunhofer IFAM erforscht, wie Oberflächen durch eine Behandlung mit Plasmen oder Lasern hiervor geschützt werden können.

KI-GESTEUERTE PROZESSÜBERWACHUNG IN DER OBERFLÄCHENVORBEHANDLUNG MIT PLASMA- UND LACKTECHNIK | Vorbehandeln mit Plasmatechnologie und Entschichten mit Lasertechniken sind Präzisionsverfahren, um Oberflächen von Bauteilen für weitere Bearbeitungen in der Prozesskette, z. B. für Klebungen oder Lackierungen, vorzubereiten. Geringste Schwankungen in den Prozessparametern oder Ausgangsstoffen können schwerwiegende Folgen bis hin zum Bauteilversagen haben. Oberflächenvorbehandlungsprozesse müssen also äußerst kontrolliert erfolgen. Um Prozessschwankungen entgegenzuwirken, forscht das IFAM daran, diese Prozesse mit optischen und akustischen Überwachungsmethoden in Kombination mit künstlicher Intelligenz (KI) selbstjustierend zu gestalten und damit sicherer zu machen.

INTELLIGENTE POLYMERNETZWERKE ERMÖGLICHEN EINE NACHTRÄGLICHE VERFORMUNG, RECYCLING UND BIOLOGISCHEN ABBAU VON WERKSTOFFEN | Polymere Werkstoffe sind vielfach einsetzbar und zeichnen sich durch ihr leichtes Gewicht und ihre mechanischen Eigenschaften aus. Zur Steigerung des Leichtbaupotenzials werden Kunststoffe mit Fasern zu Faserverbunden verarbeitet. Allerdings suchen Unternehmen aufgrund von Konsumentendruck und Regularien zunehmend umweltschonende und kreislauffähige Materialsubstitute für konventionelle polymere Werkstoffe. Seit einigen Jahren erforscht das Fraunhofer IFAM schaltbare duromere Werkstoffe als vielversprechende Alternative.

DAS INNOVATIONS- UND MARKTPOTENZIAL NEUER WERKSTOFFE FÜR NACHHALTIGE PRODUKTE AUS KUNSTSTOFFEN ERMITTELN | Kunststoffe sind aus unserer Welt nicht mehr wegzudenken. Gleichwohl müssen Produkte aus Kunststoffen nachhaltig gestaltet werden. Ein Weg zu umweltverträglicheren Produkten ist der Einsatz von neuen biobasierten oder bioabbaubaren Materialien. Welche Potenziale neue Werkstoffe für Kunststoff herstellende und verarbeitende Unternehmen haben, erforscht das Fraunhofer IFAM. Bei Bedarf arbeiten die Forscherinnen und Forscher unterschiedliche Handlungsoptionen heraus und bewerten diese aus materialwissenschaftlichen, fertigungstechnischen, wirtschaftlichen, aber vor allem auch ökologischen Gesichtspunkten.