Das Projekt "Optimierung der Betriebsführung von Brennstoffzellen im Fahrzeug unter Verwendung permanenter Diagnose - COMO A3" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Magdeburg, Institut für Elektrische Energiesysteme, Lehrstuhl für Leistungselektronik durchgeführt. Im Kfz-Bordnetz wird eine zunehmende Zahl elektrischer Verbraucher eingesetzt. Es muss mithin ein erhöhter Energiebedarf mit für sicherheitskritische Lasten hoher Zuverlässigkeit abgedeckt werden, was insbesondere bei verkürzter Betriebszeit des Verbrennungsmotors - z. B. durch verbrauchsmindernden Start-Stop-Betrieb - den Einsatz einer den herkömmlichen Generator ergänzenden Hilfsstromversorgung nahe legt. Hierzu bietet sich die Brennstoffzelle an. Ihr Fahrzeugeinsatz ist durch Lastzyklen gekennzeichnet, die im wesentlichen durch die Leistungsabgabe des Generators auf der einen sowie die Leistungsaufnahme durch die verschiedenen Lasten auf der anderen Seite bestimmt werden. Diese sind wiederum von Randbedingungen wie Fahrzyklen oder der Umgebung des Fahrzeugs - gekennzeichnet beispielsweise durch Beleuchtungsverhältnisse und Temperatur - abhängig. Es stellt sich daher die Aufgabe, einerseits den Brennstoffzellenstapel mit veränderlicher Leistung zu betreiben, andererseits nötigenfalls seine Betriebsdauer sowie die Amplitude und Veränderungsgeschwindigkeit der Leistungsschwankungen durch Einbeziehung zusätzlicher Energiespeicher zu begrenzen; als solche kommen neben der bereits im herkömmlichen Bordnetz vorhandenen Batterie auch Doppelschichtkondensatoren in Frage. Die Leistungsflüsse zwischen Generator und Brennstoffzelle, den Energiespeichern sowie den übrigen Teilen des Bordnetzes mit einer Vielzahl von Lasten können über leistungselektronische Stellglieder, die ohnehin zur Anpassung der Spannungs- bzw. Stromebenen erforderlich sind, geregelt werden. Ein übergeordnetes Lastmanagement übernimmt die Sollwertvorgabe. Durch das Zusammenspiel zu erstellender dynamischer Modelle können in einem Teil des Systems vorhandene Signale - beispielsweise bedingt durch eine von der Leistungselektronik als Störgröße erzeugte Stromwelligkeit - an anderer Stelle ausgewertet werden, was eine deutliche Vereinfachung der Sensorik in der Anwendung verspricht. Darüber hinaus bietet es sich an, Beobachter zu erstellen, die dem übergeordneten Lastmanagement regelungstechnisch relevante, jedoch nicht unmittelbar zugängliche Größen zu ermitteln erlauben. Für die übergeordnete und die dezentrale Betriebsführung sollen darauf basierend geeignete Strategien erarbeitet und in einem Versuchsstand erprobt werden. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen sollen ohne erheblichen messtechnischen Zusatzaufwand eine hinreichende Funktionalität des Gesamtsystems bei gegenüber dem Stand der Technik deutlich verbesserter Lebensdauer sicherstellen.
Das Projekt "Teilprojekt SGL Carbon GmbH: Entwicklung von Elektrodenmaterialien für Doppelschichtkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGL Carbon SE durchgeführt. Im Rahmen von EnergyCap werden Hochleistungsspeicher mit deutlich verbesserter Leistungsfähigkeit aufgebaut. Die SGL entwickelt dabei das Elektrodenmaterial, das eine Schlüsselkomponente darstellt, da dort die Ladungsspeicherung stattfindet. Auf Basis der bisherigen Arbeiten werden geeignete Rohmaterialien ausgewählt und möglichst poröse Materialien gefertigt. Dabei muss eine bestimmte Porenstruktur realisiert werden, da diese sonst nicht aktiv zur Energiespeicherung beitragen können. Die SGL entwickelt ein Material, das für die jeweiligen Kationen und Anionen des Elektrolyten optimal zugänglich ist. Neben dem Syntheseprozess ist die Entfernung unerwünschter Verunreinigungen ein Bestandteil der Entwicklungsarbeit. Die Reinheit beeinflusst die Lebensdauer und den Widerstand im späteren Supercap sehr.
Das Projekt "Steigerung der Effizienz und Senkung der Kohlendioxidemession von Automobilen durch Einsatz neuer elektrischer Speicher (Doppelschichtkondensatoren, Lithiumionenakkumulatoren)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden, Fakultät Elektrotechnik, Professur für Fahrzeugelektrotechnik durchgeführt. Projektziel ist der Einsatz neuartiger Energiespeicher im konventionellen Automobilbordnetz und Elektrofahrzeug. Erste Untersuchung zum Einsatz von Doppelschichtkondensatoren (DSK) im Bornetzmanagement von Automobilen sollen um Untersuchungen mit Lithiumionenakkumulatoren erweitert werden. Die Bewältigung kurzzeitiger Lastspitzen im Bordnetz liegt im Fokus der ersten Untersuchungen, wie auch Energierückgewinnung bei Bremsung und Talfahrt. In einem weiteren Schritt sollen die gewonnen Erkenntnisse für den Einsatz bei Fahrzeugen mit elektrischem Antrieb (Elektro-, Hybridfahrzeuge) genutzt werden, insbesondere beim Einsatz von Lithiumionenakkumulatoren. Die Energiebereitstellung aus Solarmodulen soll in die Untersuchungen integriert werden. Arbeitsplanung: 1. Entwicklung der Schaltungen zur Energiespeicherung und Rückgewinnung mittels Lithiumionenakkumulatoren 2. Messsystem für Bordnetzuntersuchungen und Belastungsanalysen von Elektrofahrzeugen 3. Nutzung der Ergebnisse für den Einsatz bei Elektro- und Hybridfahrzeugen 4. Integration der Energiebereitstellung durch Solarmodule 5. Test und Bewertung.
Das Projekt "AktivCAPs: - Neuartige aktivierte Kohlenstoffe für hocheffiziente Doppelschichtkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Lehrstuhl für Chemische Reaktionstechnik, Professur für Katalytische Materialien durchgeführt. Für die Speicherung elektrischer Energie werden in Zukunft neuartige Hybridtechnologien benötigt, um die komplexen Herausforderungen dezentraler Energieversorgung zu meistern. Eine wichtige Rolle kommt dabei elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren zu, die aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsdichte bei schnellen Lade- und Entladezyklen eine Brückenfunktion einnehmen. Basiskomponente der Doppelschichtkondensatoren sind die aktivierten Kohlenstoffe und das Ziel der Universität Erlangen-Nürnberg ist die Entwicklung/Optimierung, usw. dieser Materialien. Dies basiert auf Karbiden als synthetischen Rohstoffen, welche durch eine Reaktivextraktion in poröse Kohlenstoffe übergeführt werden. Der Projektbeitrag der Universität Erlangen-Nürnberg / CRT, Professur für Katalytische Materialien umfasst folgende Arbeitsschritte: Synthese, Funktionalisierung, Vakuumausheizen und Charakterisierung von porösen Kohlenstoffmaterialien. Weiterhin werden die Materialien bzgl. der Erkenntnisse im Vorhaben optimiert und der Produktionsprozess bzgl. der Herstellungskosten verbessert.
Das Projekt "EnergyCap: Hochleistungsspeicher für Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energieversorgung, mobilen Bordnetzen und Traktionsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Merck KGaA durchgeführt. Doppelschichtkondensatoren werden neben Li-Ion-Batterien als Schlüsseltechnologie in zukünftigen Mobilitätskonzepten mit erhöhtem Anteil an regenerativer Energie angesehen. Doppelschichtkondensatoren besitzen den Vorteil einer hohen Leistungsdichte und hoher Zyklenfestigkeit. Allerdings zeigen Sie im Vergleich zu Li-Ion-Batterien eine geringe Energiedichte. Gesamtziel des Fördervorhabens ist eine Anhebung des spezifischen Energieinhalts auf das Niveau von heutigen Li-Ion Batterien und Erweiterung des Temperaturbereichs, bei Beibehaltung der genannten guten Eigenschaften, hinsichtlich Effizienz, Kosten und Lebensdauer. Hierzu wird die komplette Wertschöpfungskette Material - Doppelschichtkondensator - Systemintegration - Automobilhersteller abgebildet. Die Merck KGaA übernimmt die Entwicklung, Auswahl, Optimierung und Weiterentwicklung neuartiger Elektrolytsysteme, insbesondere Leitsalzgemische auf Basis von Ionischen Flüssigkeiten.
Das Projekt "EnergyCap: Entwicklung und Charkterisierung nanoskaliger Elektroden-Komposite für EnergyCap" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC) durchgeführt. Kernpunkt dieses Teilvorhabens ist, die Energiedichte von elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren auf der Basis von Kohlenstoffen deutlich zu verbessern. Dazu sollen auf den Aktivmaterialien für die Supercap-Elektroden (Kohlenstoffe mit hoher Oberfläche) dünne poröse Schichten aus Materialien aufgebracht werden, die zusätzlich zur kapazitiven Ladungsspeicherung der großen Oberfläche der Doppelschicht faradaysche Speichermechanismen bieten können. Im TP 2000 entwickelt das ISC nanoskalige Hybridelektroden für den EnergyCap. Die Arbeiten umfassen die Auswahl der Kohlenstoffelektrode, die Auswahl des porösen Beschichtungsmaterials und die Beschichtung des Basismaterials. Im TP 3000 werden dafür abgestimmte Elektrolytsysteme entwickelt.
Das Projekt "Innovative Stromspeicher fuer die Elektrotraktion - Teilvorhaben: Lithiumbatterien und Supercaps" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Weiterentwicklung und Charakterisierung von Materialien fuer den Einsatz in Lithiumbatterien und Supercaps. Das Vorhaben gliedert sich in drei Teilprojekte: 1) Entwicklung optimaler Elektrodenmaterialien auf der Basis elektronisch leitender Keramikwerkstoffe und deren systemspezifische Herstellung fuer den Einsatz in Doppelschichtkondensatoren mit bipolarem Aufbau 2) Entwicklung eines Kathodenmaterials mit verbesserter Zyklen- und Hochtemperaturstabilitaet auf Basis von Lithium-Manganspinell mittels Modifizierung durch Dotierungen und Variation des Syntheseverfahrens. 3) Entwicklung eines formstabilen Anodenmaterials auf der Basis binaerer oder ternaerer Lithiumlegierungen mit hoher Zyklenstabilitaet und Temperaturbestaendigkeit als Ersatz der metallischen Lithiumanode.
Das Projekt "AktivCAPs: - Neuartige aktivierte Kohlenstoffe für hocheffiziente Doppelschichtkondensatoren" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Scienomics GmbH durchgeführt. Für die Speicherung elektrischer Energie werden in Zukunft neuartige Hybridtechnologien benötigt, um die komplexen Herausforderungen dezentraler Energieversorgung zu meistern. Eine wichtige Rolle kommt dabei elektrochemischen Doppelschichtkondensatoren zu, die aufgrund ihrer hervorragenden Leistungsdichte bei schnellen Lade- und Entladezyklen eine Brückenfunktion einnehmen. Ziel des Projektes ist es, basierend auf einem grundlegenden Verständnis der Mechanismen der Energiespeicherung, neue Elektrodenmaterialien zu entwickeln und diese Technologie bis hin zur Fertigung von Modulen für stationäre Energiespeicher zu etablieren. Für die Scienomics GmbH besteht das Ziel des Vorhabens dabei vor allem in der Entwicklung effizienter Simulationssoftware für die molekulare Modellierung poröser Kohlenstoffe und deren Wechselwirkung mit Elektrolyten. Dazu wird ein neues Modul für Scienomics Softwareumgebung (MAPS) entwickelt, mit dem Monte Carlo Simulationen mit benutzerdefinierten Moves durchgeführt werden können. Dieses Modul wird verwendet, um unter Verwendung speziell für poröse Kohlenstoffmaterialien angepasster Moves und ausgehend von den im Vorhaben geplanten experimentellen Untersuchungen, molekulare Modelle zu konstruieren und zu bewerten, mit denen Simulationsrechnungen zum grundlegenden Verständnis der molekularen Grundlagen der Energiespeicherung in Doppelschichtkondensatoren beitragen können.
Das Projekt "EnergyCap: Hochleistungsspeicher für Anwendungen im Bereich der erneuerbaren Energieversorgung, mobilen Bordnetzen und Traktionsanwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung neuer Anoden und Kathodenbeschichtungen für Doppelschichtkondensatoren mit deutlich höherer Energie- und Leistungsdichte. Ziel ist die Entwicklung hinsichtlich Porosität und Oberflächenfunktionalität maßgeschneiderter Folien für die Anoden- und Kathodentapes Die Elektroden werden hinsichtlich ihrer Porenstruktur, Filmdicke, aktiven Oberfläche und Oberflächenfunktionalität der Anionen- bzw. Kationengröße der verwendeten Elektrolyte angepasst. Abweichend vom Stand der Technik, sollen dabei unterschiedliche Anoden- und Kathodenfolien entwickelt werden, um die Grenzflächen zwischen Elektrolyt und Aktivmaterial auf beiden Seiten zu optimieren. Verschiedene Oberflächenfunktionalisierungen werden erprobt, um die Elektrolytnebenreaktionen zu reduzieren und einen höhere Spannung der Zelle zu erreichen, was zu einer signifikanten Energiedichteerhöhung führen würde. Es werden Dispersionen mit verschiedenen Aktivmaterialien hergestellt und Elektrodenbeschichtungen im Labormaßstab durchgeführt. Die Charakterisierung von Aktivmaterialien und Elektroden erfolgt mittels REM/EDX, Porositätsmessungen, Raman-Mikroskopie und mittels elektrochemischer Charakterisierung.
Das Projekt "Teilvorhaben: Separatoren auf Vliesstoffbasis für Doppelschichtkondensatoren hoher Energiedichte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Freudenberg Vliesstoffe KG durchgeführt. Erarbeitung eines auf Vliesstoffen basierenden Separators für Doppelschichtkondensatoren, der erhöhte Trocknungstemperaturen, Lebensdauern bzw. Zellspannungen ermöglicht. Durch den quadratischen Einfluss der Zellspannung auf die Energie- und Leistungsdichte sind somit signifikant gesteigerte Energie- und Leistungsdichten des Bauelementes angezielt. Verständnis und Definition quantitativer Zielspezifikation. Aufbau Messmethoden und Durchführung eines Materialscreenings. Hierzu gehören u.a. cyclische Voltammetrie, Impedanzspektroskopie, Porenverteilungsanalyse, XPS, Chemolumineszenz, Randwinkelmessungen. Darauf aufbauend Erstellung Material- und Prozesskonzept für Vliesstoff Füllmaterial/Bindemittel. Herstellung Stützvliese und Separatormuster. Anschließende Charakterisierung und Erprobung im Kondensator. Post- mortem Analyse des Separators. Iterative Arbeitsweise bis Definition Materialien, Prozesse, Produkteigenschaften incl. Wareneingangsprüfungen und Prozesskontrollen möglich. Übertragung der Herstellung des Separators auf Pilotlinieneinrichtungen. Verifizierung Separatorperformance in Kondensator. Erarbeitung grundlegender Prozessparameter für spätere Fertigung und deren Konzepterstellung.
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