Das Projekt "Teilprojekt: Partikel-, Verfahrens- und Prozesstechnik zur Strukturierung und Fertigung von Elektroden für Dual-Anionen-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Battery LabFactory Braunschweig (BLB) c/o Institut für Partikeltechnik durchgeführt. Ziel des Instituts für Partikeltechnik im Verbundprojekt 'Insider - Auf Anionen-Interkalation basierende Dual Ionen Energiespeicher' ist die partikel- und verfahrenstechnische Entwicklung von Prozessen zur Konditionierung von Aktivmaterialien und zur Fertigung leistungsfähiger Elektrodenstrukturen für Dual-Ionen Energiespeicher. Die zentrale Herausforderung bei der Entwicklung dieser Speichertechnologie ist, die Material- und Elektrodenstruktur im Hinblick auf die Effizienz der Anioneneinlagerung gezielt einzustellen, da aufgrund der wesentlich größeren Anionen mechanischer Stress induziert wird und die gewünschten Zyklenstabilität bislang nicht erreicht werden kann. Die Arbeiten zielen darauf ab, die Ergebnisse in Struktur-Eigenschaftsbeziehungen und unter Einbeziehung der Prozesstechnik in Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen zu überführen. Damit soll ein Zusammenhang von Ursache und Wirkung geschaffen und ein fundiertes Prozessverständnis entwickelt werden, um eine gezielte Weiterentwicklung der Dual-Ionen-Energiespeicher und anderer Speichersysteme voranzutreiben. Die Arbeiten gliedern sich in einen Bereich der Prozessentwicklung im Technikums- bzw. Pilotmaßstab, der Charakterisierung der Produkte und eine sich anschließende Prozessintensivierung. Die Prozessentwicklung umfasst im Detail die Entwicklung trockener Modifikationsverfahren zur Variation von Partikelgrößenverteilungen hinsichtlich Breite und Modalität durch Zerkleinerung und Sichtung und die Nutzung von Hochintensivmischprozessen zur Erzeugung ionenpermeabler, partikulärer Beschichtungen auf Aktivmaterialien. Als zentraler Beitrag zum Gesamtprojekt werden Dispergierverfahren im Technikumsmaßstab und Beschichtungs- und Trocknungsverfahren im Pilotmaßstab für kommerzielle und im Projekt modifizierte / synthetisierte Materialien entwickelt, um eine technische Übertragung der wissenschaftlichen Forschung unter besonderer Berücksichtigung der Anforderungen der Dual-Ionen Technologie zu gewährleisten. Weiterhin wird die nachhaltige Entwicklung der Dual-Ionen Speichertechnologie durch die Etablierung von wasserbasierten Elektrodensuspensionen im Idealfall unter Verwertung nachwachsender Rohstoffe zur Synthetisierung von Aktivmaterialien adressiert. Die Prozessentwicklung wird über die Charakterisierung auf Partikel-, Suspensions- und Elektrodenebene und in Form von elektrochemischen Messungen rückgekoppelt, um die Prozess-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen etablieren zu können. Im Rahmen der Prozessintensivierung werden Materialien und Modifikationen ausgewählt und näher betrachtet, die nach Bewertung ihrer elektrochemischen Performance und der Verarbeitung in kontinuierlichen Prozessen als zielführend eingestuft wurden. Hierzu zählt die Strukturierung der Elektroden für ausgewählte Partikelsysteme und ebenso die Strukturierung und kontinuierliche Herstellung von polymeren Funktionsschichten auf Elektroden und die Beschichtung strukturierter Substrate.
Das Projekt "Insider: Auf Anionen-Interkalation basierende Dual Ionen Energiespeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Ziel des hier vorgeschlagenen Vorhabens Auf Anionen-Interkalation basierende Dual Ionen Energiespeicher (Akronym: INSIDER) ist die Entwicklung und der Aufbau eines innovativen Batteriesystems für spätere großtechnische Energiespeicherung. Dabei wird der Einsatz von günstigen und nachwachsenden Rohstoffen untersucht und die Skalierbarkeit der Verfahren und der Prozesstechnik erarbeitet werden. Der Fokus wird ebenfalls auf die Leistungs- und Energiedichte mit derzeit verfügbaren Materialien für Elektroden und Elektrolyt gelegt. Die eingesetzten Materialien sollen auf der einen Seite in der Beschaffung günstig und umweltfreundlich im Vergleich mit z.B. Kathodenmaterialien, wie sie zur Zeit in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt werden, sein und auf der anderen Seite ein hohe Sicherheit und Stabilität aufweisen. In der Dual-Ionen-Einlagerungs-Zelle kann es jedoch zu Problemen mit dem Aluminiumstromableiter kommen, da sich an ihm verschiedene Anionen zersetzen können. Um diesem Problem vorzubeugen, werden die Stromableiter mittels Physical bzw. Chemical Vapour Deposition (PVD, CVD), Sol-Gel Verfahren Ink-Jet-Printing bzw. Wet Powder Spraying (WPS) mit einer elektronenpermeablen und ionenimpermeablen Dünnschicht beschichtet. Diese Beschichtungen werden im Institut für Energie- und Klimaforschung, Bereich Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1) durchgeführt, das auf diesen Beschichtungstechnologien eine umfangreiche Expertise aufweist.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung und Aufbau eines innovativen Anionen-einlagernden Batteriesystems" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, MEET Batterieforschungszentrum durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es durch den Einsatz von sowohl günstigen und umweltfreundlichen als auch sicheren und temperaturstabilen Materialien zu leistungsfähigen nanostrukturierten Elektroden in einem neuartigen Batteriesystem, das eine Alternative zu etablierten Batteriesystemen darstellt, zu gelangen. Dieses Ziel soll durch die Verwendung von Anionen-einlagernden Kohlenstoffverbindungen als 5 V Kathoden in Kombination mit herkömmlichen Lithium-einlagernden Anoden erreicht werden. Bisher bekannte Ansätze, die auf einem ähnlichen Funktionsprinzip basieren, leiden vor allem unter zwei Problemen, nämlich einer schlechten Effizienz der Anioneneinlagerung, sowie unter mangelnder Stabilität der auf organischen Lösungsmitteln basierenden Elektrolytsystemen. In diesem Projekt sollen diese beiden Problematiken durch zwei unterschiedliche Ansätze in einem Institutsverbund gelöst werden. Dies ist zum einen die Weiterentwicklung von Elektrolyten unter Einsatz von Mischungen ionischer Flüssigkeiten mit Beimengungen organischer Lösungsmittel als alternativem Elektrolytaktivmaterial und zum anderen die Verwendung moderner Technologien zur Modifikation, Prozessierung und ggf. Synthese Anionen-einlagernder Kohlenstoffverbindungen.
Das Projekt "Teilprojekt: Performancesteigerung durch gezielte Elektrodenarchitektur mit funktionalisierten Kohlenstoffmaterialien und Nanokompositen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Erlangen-Nürnberg, Institut für Chemie- und Bioingenieurwesen, Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik (LFG) durchgeführt. Im beantragten Projekt sollen geeignete kommerziell erhältliche Kohlenstoffmaterialen für die Anioneneinlagerung für den Einsatz in großtechnischen Speichermedien ausgewählt werden. Anschließend soll eine Anlage zur thermischen Modifikation und Funktionalisierung dieser Materialien und eine Anlage zur Herstellung maßgeschneiderter Kohlenstoffnanoröhrchen aufgebaut werden. Für diese beiden Verfahren sollen die verfahrenstechnischen Grundlagen erarbeitet werden. Die fluiddynamischen, wärmetechnischen und reaktionstechnischen Randbedingungen zur Durchführung thermischer Modifikationen und Funktionalisierung von Kohlenstoffmaterialien, sowie der Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen sollen ermittelt werden. Diese Untersuchungen bilden die Grundlagen für ein Prozessmodell, mit dem Produktionsanlagen vorausberechnet werden können und das demnach scale-up-fähig ist. Die Grundlagenuntersuchungen zur thermischen Modifikation und Funktionalisierung von Kohlenstoffmaterialien, sowie zur Herstellung von Kohlenstoffnanoröhrchen sollen in Pilotanlagen durchgeführt werden. Diese Ergebnisse werden genutzt, um die Verfahren in einer Anlage im Technikumsmaßstab zu realisieren. Um scale-up-fähige Auslegungsunterlagen zu erarbeiten, sind diese Experimente in halbtechnischen Anlagen durchzuführen. Die in den Anlagen hergestellten Materialen werden an andere Projektpartner zur Herstellung von Elektroden weitergeben.