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Reversible Zink-Luft-Batterie mit neutralem / nahezu neutralem pH-Elektrolyt

DDI: Flexible CO2-freie Herstellung von Aluminium

Edelmetallfreie Elektroden für die Nächste Generation der Alkalischen Elektrolyse'; Rheinmetall - KS Gleitlager

Im Rahmen des Projektes mit den Partnern Rheinmetall, McPhy und DLR wird ein AEL-Stapel mit hohem Wirkungsgrad und hoher Stromdichte entwickelt und optimiert, der aus fortschrittlichen, kostengünstigen, industriell skalierbaren Komponenten besteht und an einem 60-kW-Industrieprüfstand von McPhy seine Feldtauglichkeit über 6 Monate demonstriert. Die Weiterentwicklung der AEL wird sich auf zwei Schlüsselinnovationen stützen: - Integriertes Elektrodenpaket Ein hochaktiver Katalysator auf Basis eines kostengünstigen Nicht-Edelmetalls integriert mit einer mikroporösen Schicht und einer makroporösen Flüssigkeits-Gas-Diffusions-Schicht. Das vereinheitlichte Elektrodenpaket wird die Optimierung der katalytischen Aktivität mit dem optimierten Transport der Medien (flüssiger Elektrolyt & Gase) und der elektrischen Leitung kombinieren. Das Ziel im Vorhaben ist die Hochskalierung der Elektroden auf 400 cm2 für die Integration in eine praxisnahe Einzelzelle und über 1055 cm2 für die Integration in einen 60-kW-Industrieprüfstand-Stack im 6-Monats-Betrieb zur Feldtauglichkeitsvalidierung. - Feststoffmembran Dünne und dichte AEM-Membranen für den Betrieb bei hoher KOH-Konzentration werden anstelle von porösen Membranen wie z.B. Zirfon qualifiziert. Dadurch wird zum Einen der ohmsche Widerstand gesenkt und zum Anderen Reinheit und Differenzdruck erhöht. Durch die Kombination dieser innovativen Komponenten soll eine neue Generation von AEL mit sehr fortschrittlichen 3.87 kWh/Nm3 @ 0.5 A/cm2 und 4.30 kWh/Nm3 @ 1.2 A/cm2 erreicht werden. Darüber hinaus müssen stringente Degradationsziele erreicht werden und die Hochskalierung der Elektroden demonstriert werden. Die Kostenziele orientieren sich an den Zielen der EU-Kommission und der Nat. Wasserstoffstrategie. Die Arbeitspakete beinhalten Entwicklung der Komponenten, ihre Hochskalierung, Langzeitstabilität, Stack-Integration und Demonstration in einem 60 kW Prüfstand.

Entwicklung einer Festkörperbatterie auf Basis eines aufgesprühten klebenden Elektrolyten

Das Hauptziel des Projekts 'KlebBatterie' ist die Entwicklung einer neuen organischen, hochsiedenden, flüssigen Elektrolytklasse für Li-Ionen Zellen, in die durch Additive bzw. Substituenten zusätzliche klebende bzw. fixierende Eigenschaften der Elektroden gegen den Separator eingebracht werden. Dadurch können Sicherheit und Alterung, wie noch im folgenden Text näher erläutert wird, erblich verbessert werden. Die Grundidee dieser Entwicklung kann als 'Drop-in'-Lösung auf Na-Ionen Zellen übertragen werden. Der hochsiedende Elektrolyt enthält in einer ersten Ausgestaltung einen Bestandteil, der mit einem zweiten Bestanteil, der zuvor in die Elektroden und den Separator eingebracht wurde reagiert und dadurch die Klebwirkung entfaltet. In einer zweiten Ausgestaltung wird der Elektrolyt mit weiteren Bestandteilen angereichert und besitzt von vorne herein dadurch eine klebende bzw. fixierende Wirkung.

Entwicklung einer Festkörperbatterie auf Basis eines aufgesprühten klebenden Elektrolyten, Teilvorhaben: Entwicklung, Charakterisierung und Modellierung eines Prototyps

Das Hauptziel des Projekts 'KlebBatterie' ist die Entwicklung einer neuen organischen, hochsiedenden, flüssigen Elektrolytklasse für Li-Ionen Zellen, in die durch Additive bzw. Substituenten zusätzliche klebende bzw. fixierende Eigenschaften der Elektroden gegen den Separator eingebracht werden. Dadurch können Sicherheit und Alterung, wie noch im folgenden Text näher erläutert wird, erblich verbessert werden. Die Grundidee dieser Entwicklung kann als 'Drop-in'-Lösung auf Na-Ionen Zellen übertragen werden. Der hochsiedende Elektrolyt enthält in einer ersten Ausgestaltung einen Bestandteil, der mit einem zweiten Bestanteil, der zuvor in die Elektroden und den Separator eingebracht wurde reagiert und dadurch die Klebwirkung entfaltet. In einer zweiten Ausgestaltung wird der Elektrolyt mit weiteren Bestandteilen angereichert und besitzt von vorne herein dadurch eine klebende bzw. fixierende Wirkung.

Entwicklung einer Festkörperbatterie auf Basis eines aufgesprühten klebenden Elektrolyten, Teilvorhaben: Entwicklung eines Sprühsystems zum effizienten, gleichmäßigen Auftrag des Elektrolyten

Das Hauptziel des Projekts 'KlebBatterie' ist die Entwicklung einer neuen organischen, hochsiedenden, flüssigen Elektrolytklasse für Li-Ionen Zellen, in die durch Additive bzw. Substituenten zusätzliche klebende bzw. fixierende Eigenschaften der Elektroden gegen den Separator eingebracht werden. Dadurch können Sicherheit und Alterung, wie noch im folgenden Text näher erläutert wird, erblich verbessert werden. Die Grundidee dieser Entwicklung kann als 'Drop-in'-Lösung auf Na-Ionen Zellen übertragen werden. Der hochsiedende Elektrolyt enthält in einer ersten Ausgestaltung einen Bestandteil, der mit einem zweiten Bestanteil, der zuvor in die Elektroden und den Separator eingebracht wurde reagiert und dadurch die Klebwirkung entfaltet. In einer zweiten Ausgestaltung wird der Elektrolyt mit weiteren Bestandteilen angereichert und besitzt von vorne herein dadurch eine klebende bzw. fixierende Wirkung.

Entwicklung einer Festkörperbatterie auf Basis eines aufgesprühten klebenden Elektrolyten, Teilvorhaben: Entwicklung eines Klebstoff-Elektrolytgemischs zum Aufsprühen auf Batterien

Das Hauptziel des Projekts 'KlebBatterie' ist die Entwicklung einer neuen organischen, hochsiedenden, flüssigen Elektrolytklasse für Li-Ionen Zellen, in die durch Additive bzw. Substituenten zusätzliche klebende bzw. fixierende Eigenschaften der Elektroden gegen den Separator eingebracht werden. Dadurch können Sicherheit und Alterung, wie noch im folgenden Text näher erläutert wird, erblich verbessert werden. Die Grundidee dieser Entwicklung kann als 'Drop-in'-Lösung auf Na-Ionen Zellen übertragen werden. Der hochsiedende Elektrolyt enthält in einer ersten Ausgestaltung einen Bestandteil, der mit einem zweiten Bestanteil, der zuvor in die Elektroden und den Separator eingebracht wurde reagiert und dadurch die Klebwirkung entfaltet. In einer zweiten Ausgestaltung wird der Elektrolyt mit weiteren Bestandteilen angereichert und besitzt von vorne herein dadurch eine klebende bzw. fixierende Wirkung.

Framework for Resource, Energy, Sustainability Treatment in Paper Production, Teilvorhaben: Digitaler Zwilling im Kontext der Forschungsarbeit

FOREST wird die heutige industrielle Papierherstellung in Richtung einer CO2-neutralen Produktion revolutionieren und somit wesentlich zum Schließen des 'Circular Gaps' in der Energiewende in Deutschland beitragen. Dazu wird ein modularer digitaler Zwilling für Papierherstellungsprozesse entwickelt. Dieser macht Energie- und Stoffflüsse, und damit schlussendlich auch CO2-Flüsse und -Footprints, bis auf die Teilprozess- und Teilproduktebene herunter erfass-bar. Die Erfassung erfolgt dabei nicht nur auf der Planungsebene (ERP), sondern direkt auch auf der Prozessebene (MES/Edge) im Zusammenspiel mit der digitalen Modellierung. Das Framework schafft damit ein Potenzial für die zielgerichtete Beschleunigung der Transformation der Papierindustrie zur Klimaneutralität durch die Bewertung aktueller Prozesse, aber auch die zielscharfe Abschätzung des Impacts möglicher Entwicklungen.

Entwicklung einer Mehrschichtanode fuer die SOFC

Hochtemperaturbrennstoffzellen mit keramischem Festelektrolyt (SOFC: Solid Oxide Fuel Cell) sind aufgrund ihres hohen Wirkungsgrades und ihrer Umweltvertraeglichkeit eine zukunftsweisende Alternative gegenueber konventioneller Energieerzeugung. Die Leistungsfaehigkeit und Lebensdauer der Einzelzellen sind dabei entscheidende Kriterien fuer die wirtschaftliche Nutzung von Brennstoffzellen. Bisherige Untersuchungen haben ergeben, dass es bei Langzeitbetrieb zu irreversiblen Veraenderungen in der Mikrostruktur der Anode kommt, die zu einer Senkung der Leistungsfaehigkeit fuehren. Je nach Belastung der Einzelzellen treten unterschiedliche Degradationsmechanismen auf. Ziel dieses Projektes ist die Entwicklung einer Anode, die aus mehreren Funktionsschichten besteht, um so die noetige Leistungsfaehigkeit und Langzeitstabilitaet zu liefern. Es soll ein Gradient in der Korngroesse, dem Nickelanteil und somit der Porositaet und der elektrischen Leitfaehigkeit erreicht werden, da die einzelnen Bereiche der Anodenstruktur unterschiedlichen Anforderungen genuegen muessen. So sind an der Grenzschicht Elektrolyt/Anode kleine Koerner erwuenscht, um eine moeglichst grosse Reaktionsflaeche zu erhalten. Wohingegen an der Grenzflaeche Anode/Interkonnektor ein hoher Anteil an grossen Nickelkoernern erforderlich ist, um einen guten elektrischen Kontakt und hohe Porositaet zu gewaehrleisten. Die optimale Zusammensetzung und Mikrostruktur der einzelnen Funktionsschichten soll durch systematische Belastungstests (elektrisch, chemisch, thermomechanisch) an verschiedenen homogenen Modellstrukturen, das sind Cermetproben aus Nickel- und YSZ-Teilchen mit definierter, homogener Zusammensetzung und Mikrostruktur, und durch die elektrochemische Charakterisierung von Einzelzellen mit entsprechenden homogenen Anodenstrukturen ermittelt werden. Vor und nach Durchfuehrung der Belastungstests ist eine umfassende Analyse der Zusammensetzung und Mikrostruktur der Modell- und Anodenstrukturen mittels Elektronenmikroskopie (REM, TEM, EDX, WDX) vorgesehen. Anhand der gewonnenen Ergebnisse soll ein Modell fuer die verschiedenen Verlust- und Degradationsmechanismen in der Anode entwickelt werden.

Alkalische Wasserelektrolyse mit Keramik der nächsten Generation, Teilvorhaben: Poröse Elektroden für alkalische, anspruchsvolle Bedingungen

Ziele Die Zielstellung des Projekts im Rahmen der Technologieoffensive Wasserstoff ist es, die bestehende alkalische Elektrolyse (AEL) in die nächste Generation zu überführen. Die nächste Generation der AEL - AWEC++ - lässt sich durch 4 Punkte definieren. I. Stabilität bei erhöhten Temperatur- und Druckbedingungen (180 Grad C, 35 bar), um höhere Stromdichten zu erreichen ( größer als 1000 mA cm 2). Dies führt zur Halbierung des CAPEX durch Steigerung der H2-Produktion bei konstanten Installationskosten. II. Ein Modernes Stack-Design, welches für hohe Leistungsklassen ( größer als 500 kW) skalierbar ist. Dessen Herzstück ist ein keramisches, plasmagespritztes MEA, sowie laminierte 3D-Gewebe-Elektroden und Laser- oder ECM-prozessierte Bipolarplatten. III. Dynamik in der Wasserstoff-Produktionsleistung, um den volatilen Erneuerbaren Energien ohne kostspielige Zwischenspeicher gerecht zu werden (500 ms). IV. Nachhaltige, automatisierungsfähige und skalierbare Herstellungs- und Prozessschritte, um größer als 150 GW an installierter Leistung langfristig umsetzen zu können. Stand der Wissenschaft und Technik In der alkalischen Elektrolyse wird Wasserstoff H2 an der Kathode und Sauerstoff O2 an der Anode aus Wasser erzeugt. Hydroxid-Ionen OH- wandern zwischen beiden durch ein Diaphragma in wässrigem Elektrolyt (35 % KOH). In der ursprünglichen Variante der alkalischen Elektrolyse (AEL) wurden an Metallplatten als Elektroden genutzt. In moderneren Verfahren sind sogenannte Zero-Gap-Anordnungen üblich, welche durch einen geringeren Elektrodenabstand ohmische Verluste verringern. Als Elektrodenmaterial werden aktuell überwiegend Nickellegierungen verwendet. Langjährige Erfahrung besitzt PACO im Bereich von Hoch- und Niedrigtemperatur-Brennstoffzellen. So entstanden abgestimmte Gewebe auf Nickel-Basis oder kostenoptimierte Spezialgewebe bei gleichbleibenden Eigenschaften in der Anwendung als 3D-Elektroden.

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