Das Projekt "ZABAT - Next generation rechargeable and sustainable Zinc-Air batteries" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Heraeus Battery Technology GmbH durchgeführt.
Das Projekt "KAFEBAR - Kalium-basierte Feststoffbatterien für Technologiediversität und Resilienz" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Bayreuth, Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher durchgeführt. Das Ziel des Projekts KaFeBar ist die Untersuchung und Evaluierung von K-SSB; hierfür müssen neue Festelektrolyte (FE) und neue aktive Materialien (AM) entwickelt werden. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Synthese, Charakterisierung und Verbesserung der positiven Elektrodenmaterialien (Kathoden, KAM). Aus der verfügbaren Literatur geht hervor, dass geschichtete Materialien, die den Grundstein für Li-Ionen-Batterien bilden, in K-basierten Zellen aufgrund der geringen erreichbaren spezifischen Kapazitäten nicht vielversprechend sind. Daher wird sich dieser Teil hauptsächlich auf sogenannte polyanionische Materialien konzentrieren, d. h. KxM’M‘‘(XO4)Ay, wobei X = S, P, Si, M ein Übergangsmetall und A ein mögliches zusätzliches Anion wie F oder O ist. Bevorzugt werden häufig vorkommende Übergangsmetalle wie Fe und Mn, aber auch alternative Elemente zu den gut etablierten Ni und Co werden in Betracht gezogen, wie V, Ti und Cr. Die KAMs werden vorzugsweise durch Festkörperverfahren synthetisiert, aber auch alternative Verfahren wie Sol-Gel und Sprühtrocknung werden untersucht. Die Details der Kalzinierungen werden durch In-situ-Röntgendiffraktion (XRD) geklärt. Die KAMs werden strukturell und morphologisch detailliert charakterisiert, und ihre elektrochemische Leistung wird in K-Halbzellen getestet. Das Zyklusverhalten wird durch detaillierte Operando-Röntgenbeugungsmessungen getestet, um mögliche Degradationsmechanismen zu verstehen. Auch Post-mortem-Proben werden in dieser Hinsicht untersucht. Die entwickelten KAMs (in mehreren Generationen aufgrund ständig verbesserter Formulierungen) werden den Projektpartnern zur Integration in vollständige K-SSBs zur Verfügung gestellt. Die Rückmeldungen der Partner, insbesondere in Bezug auf die Kompatibilität zwischen KAM und FE, werden berücksichtigt, um weitere verbesserte Materialien zu entwickeln, die auf dem vollen SSB-Niveau arbeiten können.
Das Projekt "Gezielte Entwicklung eines optimierten Elektrolytsalzes, welches beim Einsatz in Doppelschichtkondensatoren zu einer höheren Energiedichte führen soll - Boratolytes" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachbereich Chemie, Gruppe Katalysatoren und Elektrokatalysatoren durchgeführt. Der vorliegende Antrag bezieht sich auf neuartige Elektrolytsalze für Superkondensatoren zur Performanz- Optimierung. Superkondensatoren sind elektrochemische Energiespeicher, welche im Vergleich zu Akkumulatoren weniger Energie speichern können aber sehr schnell geladen und entladen werden können. Die wesentlichen Parameter bezüglich der Energiedichte sind die Kapazität und das elektrochemische Fenster. Der Ansatz dieses Projektes beruht auf bicyclischen Käfigborat-Anionen gepaart mit Alkylammonium-Kationen. Der bicyclische Boratkäfig kann an zwei Punkten variiert werden und ist damit sehr anpassungsfähig. Es wurden einige der möglichen Varianten synthetisiert und mit elektrochemischen Standardmessungen charakterisiert. Der Ansatz bicyclische Boratkäfige als Anionen zu verwenden ist hierbei international einzigartig. Die bisherigen Messungen der Substanzen zeigen ein sehr hohes Potential für den Einsatz in Doppelschichtkondensatoren, zudem ergibt sich ein sehr hohes Innovationspotential durch die Möglichkeit der Variation des Anions. Die bicyclischen Käfigborate zeichnen sich gegenüber dem Stand der Technik, dem Tetraethylammonium-tetrafluoroborat-Elektrolytsalz, durch höhere Performanz und durch eine deutlich höhere Anpassungsmöglichkeiten aus. Für die Anwendungen von Superkondensatoren ist die Elektromobilität eine besonders attraktive Option, da hier Superkondensatoren komplementär zur Batterie verwendet werden, um Leistungsspitzen abzupuffern und damit die Lebensdauer der Batterie zu erhöhen. Weiterhin sind eine höhere Leistungsfähigkeit der Speichersysteme und Gewichtseinsparungen möglich. Insgesamt wird so der dringende Bedarf nach neuen Technologien zur Reichweitenerhöhung von Elektrofahrzeugen adressiert. Der weltweite Markt von Superkondensatoren zeigt insbesondere durch die weltweit steigenden Zahlen an Hybrid- und Elektrofahrzeugen sehr hohe Wachstumsraten von weltweit geschätzt etwa 23 % auf und eröffnet damit exzellente Verwertungschancen.
Das Projekt "CaSaBatt - Zelldesign und optimierte Elektrolyte für Calcium-Sauerstoff-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für Anorganische und Analytische Chemie durchgeführt. Für die Energiewende bedarf es an innovativen und effizienten elektrochemischen Energiespeichern. Durch die begrenzten Lithium- und Kobaltvorkommen und ihre vorhersehbare Preisentwicklung ist eine Abdeckung des Speicherbedarfs nicht alleine durch Lithium-basierte Technologien denkbar. Es bieten sich potentiell kostengünstigere Technologien mit höherer Energiedichte, wie beispielsweise Metall-Luftsauerstoff-Batterien (MLB), an. Allerdings ist man derzeit immer noch weit davon entfernt, MLB im praktischen Betrieb einzusetzen (bis auf Zink-Luft-Batterien in Nischenbereichen wie bspw. für Hörgeräte): Die praktisch erreichbaren Energiedichten fallen bis um den Faktor 10 geringer aus als es die theoretischen Werte versprechen, und die Zyklenstabilität ist bisher unzureichend. Als alternatives vielversprechendes System zeichnet sich die Calcium-Luftsauerstoff-Batterie (CASB) ab. Die CASB bietet eine circa 2,5-fach höhere Speicherkapazität (~ 500 mAh/g bezogen auf das Entladeprodukt CaO2 in der Kathode) gegenüber Lithium-Ionen-Batterien mit konventionellen Graphit-Anoden und Metalloxid-Kathoden. Deshalb ist das Hauptziel in dem hier beschriebenen Projekt, dass erstmalig eine elektrisch wiederaufladbare CASB im Labormaßstab (Demonstrator) entwickelt wird. Diese beinhaltet zwei verschiedene Elektrolyte, eine Ionen-leitende aber Elektrolyt-undurchlässige Trennschicht (zur Verhinderung der Durchmischung der Elektrolyte; möglichst als Festelektrolyt realisiert) und ein chemisch beständiges Batteriegehäuse. Weiterhin sollen die bisher am besten funktionierenden Elektrolyte (Anolyt und Katholyt) optimiert werden, um die Leistungseigenschaften und Zyklenzahlen der CASB konkurrenzfähig zu gestalten.
Das Projekt "ANaBatt - Anodenfreie Natrium- und Kalium-Metall-Batterien durch Alkalimetall-Benetzungsstrategien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Humboldt-Universität zu Berlin, Institut für Chemie durchgeführt. Für den Übergang von fossilen Energieträgern zu erneuerbaren Energien werden leistungsstarke, kostengünstige und nachhaltige elektrochemische Energiespeicher benötigt. Ein vielversprechender Ansatz, den ich im Rahmen meines BattFutur Vorhabens verfolgen möchte, sind anodenfreie Batterien mit Natrium- und Kalium-Metall-Anoden. Diese benötigen anodenseitig kein Interkalationsmaterial und kein zusätzliches Alkalimetall beim Zusammenbau der Zelle. Stattdessen wird beim ersten Ladevorgang reines Alkalimetall in die Anode abgeschieden. Dies steigert die Energiedichte um bis zu 35% und senkt die Herstellungskosten. Der Projektfokus liegt auf Natrium (Na) und Kalium (K) als Aktivmaterial, da sie nachhaltige Alternativen zum begrenzt verfügbaren Lithium darstellen. Im Bereich der anodenfreien Zellen liefern flüssige Alkalimetallanoden in Kombination mit Festelektrolyten besonders hohe Stromdichten und Kapazitäten. Die zentrale Herausforderung bei flüssigen Anoden ist jedoch das Alkalimetallmanagement. Dies beinhaltet die kontrollierte Aufnahme und vollständige Abgabe des Alkalimetalls während des Zyklisierens, den Umgang mit den resultierenden volumetrischen Änderungen in der Anode, sowie die Sicherstellung eines bestmöglichen Kontakts zwischen Alkalimetall und Festelektrolyt. Nur ein effektives Alkalimetallmanagement ermöglicht hohe Zyklenstabilität, sowie die effiziente Nutzung des gesamten Aktivmaterials bei geringen Überspannungen. Durch funktionale Beschichtungen und Strukturen für kontrollierte Benetzung und Kapillartransport werden wir diese Herausforderungen adressieren.
Das Projekt "KontElAb - Kontinuierliche elektrochemische Abscheidung von Metallen zur Produktion von Energiespeicherelektroden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe, Lehr- und Forschungsgebiet für Alterungsprozesse und Lebensdauerprognose von Batterien durchgeführt. Die kontinuierliche Rolle-zu-Rolle elektrochemische Prozessierung von Elektroden hat ein großes Potential in der Herstellung von Batterien der neuen Generation mit hohen Energiedichten bei langen Lebensdauern, geringen Kosten und optimiertem Ressourceneinsatz. Dabei ist die sogenannte Prälithiierung von negativen Elektroden für Lithium-Ionen-Zellen mit Mischmetall-bildenden Materialien ein wichtiges und für die Industrie hoch relevantes Beispiel. Ziel des Investitionsvorhabens ist die Planung, die Beschaffung sowie die Inbetriebnahme einer vollkontinuierlichen Anlage zur elektrochemischen Abscheidung von Metallen auf Elektroden aus Elektrolytlösungen. Dabei steht die industrielle Lithiierung von Elektroden für Lithiumionenbatteriezellen (LiBs) im Vordergrund, welche mit Hilfe der geplanten Anschaffung zur großindustriellen Produktionsreife gebracht werden soll. Das Ziel des Investitionsprojektes ist dabei die Verfügbarkeit einer Anlage als Voraussetzung für die Prozessentwicklung im großtechnische Maßstab. KontElAb wird es ermöglichen, die prozesstechnischen Parameter zur kontinuierlichen Prozessführung im vollen Produktionsmaßstab zu erforschen und weiterzuentwickeln um den Prozess der vollkontinuierlichen Lithiierung bzw. Metallisierung in die Großserienproduktion zu bringen. Letztendlich ist es das Ziel des Projektes dem Industriestandort Deutschland einen innovativen und entscheidenden Prozessschritt in der Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern zur Verfügung zu stellen um einen technologischen Vorsprung zu erringen. Durch diese hohe industrielle Relevanz kombiniert mit einem signifikanten Innovationsanteil und einer sehr engen Anbindung an die Cluster der Forschungsfabrik Batterie dient KontElAb der Batterieforschung, der Aufbau einer Zellproduktion in Deutschland und einem schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die Anwendung.
Das Projekt "LiBEST3 - Lithium-Batterie mit hoher elektrochemischer Performance und Sicherheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Materials and Devices (IMD), Helmholtz-Institute Münster: Ionenleiter für Energiespeicher durchgeführt. In LiBEST3 sollen Hochleistungsbatterien auf Basis von Si-Anoden, Li2S-Komposit-Kathoden und Ni-reichen NCM-Kathoden sowie 'anodenfreie' Batterietechnologien mit hoher Energie, langer kalendarischer Lebensdauer und Schnellladefähigkeit erarbeitet, bereitgestellt und hinsichtlich Skalierbarkeit und Betriebssicherheit bewertet werden. Insbesondere durch das Design funktioneller Schichten, die Nutzung von Konzepten zur Elektrodenstrukturierung, Pre-Lithiierung sowie Anpassung relevanter Verarbeitungsbedingungen der aktiven Materialien, kombiniert mit zugeschnittenen Elektrolyten werden neue Batterien mit reversiblem Lithiuminventar ermöglicht. Die Erarbeitung von Funktionsschichten, die parasitäre Elektrolytreaktionen an Li2S-Kompositkathoden, Ni-reichen Schichtoxidkathoden und Si-haltigen Anoden abschwächen, soll durch gezielte Einblicke in die zugrundeliegenden Fehlermechanismen und Ladungstransferprozesse innerhalb der Zellen untermauert werden, welche speziell anhand elektrochemischer Charakterisierung, MRI/NMR-Analyse, operando-Spektroskopie sowie simulationsgestützten Ansätzen samt Definition/Bestimmung zuverlässiger Sicherheitsindikatoren ermittelt werden. Auch Methoden zur Herstellung Li2S-basierter Zellen mit hoher Energiedichte unter effizienten Elektrolytbedingungen werden erforscht, während das Potential der betrachteten Zellchemie(n) durch die Bereitstellung von 1 Ah-Mehrschicht-Batterien für etwaige großtechnische Anwendungen erfolgreich demonstriert werden soll.
Das Projekt "HighSafe-III - Nachhaltige, umweltfreundliche, sichere Hochenergie-Lithium-Ionen-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichersysteme durchgeführt. Eine zentrale Herausforderung für die weitere Entwicklung von elektrochemischen Energiespeichern sowohl für automobile als auch für stationäre Anwendungen ist die weitere Erhöhung der spezifischen Energie bzw. Energiedichte bei gleichzeitiger Gewährleistung einer langen Lebensdauer, eines hohen Maßes an Nachhaltigkeit sowie einer weiter verbesserten Sicherheit der Batteriezellen. Die Entwicklung von Silizium(oxid)-Graphit-Kompositen als neue Generation an Anodenaktivmaterialien zielt auf höhere Energiedichten im Vergleich zu herkömmlichen Graphitanodenmaterialien ab, womit sie vielversprechende Kandiaten für Anodenmaterialien der nächsten Generation sind. Allerdings zeigen Si/SiOx-Komposite eine ausgeprägte Spannungshysterese für den Lithiierungs- und Delithiierungsprozess, ausgeprägte Volumenänderungen und neben einer hohen reversiblen auch eine signifikante irreversible Wärmeentwicklung. Ein besonderer Fokus des Teilvorhabens liegt auf der Modellierung der Zellen und der Skalierung ausgewählter Materialien und Zellchemien, um ihre potentielle industrielle Anwendung zu evaluieren. Mit geeigneten Modellen sollen die genannten Herausforderungen für Spannungshysterese, Volumenänderung und Wärmeentwicklung abgebildet und verstanden werden. Um diese Ziele zu erreichen sind elektrochemische, thermische und mechanische Charakterisierungs-Messungen nötig. Anwendungsnähe der Forschungsergebnisse ist durch eine Skalierung validierter Modelle auf andere Zellformate gegeben.
Das Projekt "Lithium-Batterie mit hoher elektrochemischer Performance und Sicherheit" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institute of Energy Materials and Devices (IMD), Helmholtz-Institute Münster: Ionenleiter für Energiespeicher durchgeführt. In LiBEST3 sollen Hochleistungsbatterien auf Basis von Si-Anoden, Li2S-Komposit-Kathoden und Ni-reichen NCM-Kathoden sowie 'anodenfreie' Batterietechnologien mit hoher Energie, langer kalendarischer Lebensdauer und Schnellladefähigkeit erarbeitet, bereitgestellt und hinsichtlich Skalierbarkeit und Betriebssicherheit bewertet werden. Insbesondere durch das Design funktioneller Schichten, die Nutzung von Konzepten zur Elektrodenstrukturierung, Pre-Lithiierung sowie Anpassung relevanter Verarbeitungsbedingungen der aktiven Materialien, kombiniert mit zugeschnittenen Elektrolyten werden neue Batterien mit reversiblem Lithiuminventar ermöglicht. Die Erarbeitung von Funktionsschichten, die parasitäre Elektrolytreaktionen an Li2S-Kompositkathoden, Ni-reichen Schichtoxidkathoden und Si-haltigen Anoden abschwächen, soll durch gezielte Einblicke in die zugrundeliegenden Fehlermechanismen und Ladungstransferprozesse innerhalb der Zellen untermauert werden, welche speziell anhand elektrochemischer Charakterisierung, MRI/NMR-Analyse, operando-Spektroskopie sowie simulationsgestützten Ansätzen samt Definition/Bestimmung zuverlässiger Sicherheitsindikatoren ermittelt werden. Auch Methoden zur Herstellung Li2S-basierter Zellen mit hoher Energiedichte unter effizienten Elektrolytbedingungen werden erforscht, während das Potential der betrachteten Zellchemie(n) durch die Bereitstellung von 1 Ah-Mehrschicht-Batterien für etwaige großtechnische Anwendungen erfolgreich demonstriert werden soll.
Das Projekt "InfinBat - Zwischenschicht-funktionalisierte Materialien für neuartige elektrochemische Interkalationsbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Helmholtz Institut Ulm (HIU) für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) durchgeführt. Hochleistungsfähige Li-Ionen-Batterien sind eine Schlüsseltechnologie, um den flächendeckenden Ausbau der Elektromobilität nachhaltig zu innovieren. Die Leistungsfähigkeit derzeitiger Li-Ionen-Batterien ist durch die Diffusion der Li-Ionen innerhalb der Elektroden limitiert. Damit einher gehen Volumenänderungen der Elektroden während des Ladens bzw. Entladens, die zu Einschränkungen in Zyklenfestigkeit und Energieeffizienz führen. Das Projekt InfinBAT wird die derzeitigen Limitationen dieser Batterien hinsichtlich Leistung und Zyklenfestigkeit durch die Erforschung und Entwicklung der Werkstoffplattform der zwischenschicht-funktionalisierten Materialien überwinden. Diese neu entwickelten Elektrodenmaterialien sind nicht nur vielversprechend zur Verbesserung derzeitiger Li-Ionen-Technologie, sondern durch ihre hohe Individualisierbarkeit auch von hohem Interesse für nachhaltige Technologien 'post Lithium' - also in Energiespeicherzellen, die auf der Interkalation von alternativen Ionen wie Natrium oder Magnesium basieren.
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| Bund | 296 |
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| Förderprogramm | 296 |
| License | Count |
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