Das Projekt "BHKW-Wärmespeicher mit makrogekapselter PCM-Schüttung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Energietechnik, Professur Technische Thermodynamik durchgeführt. Blockheizkraftwerke (BHKW) eignen sich besonders für dezentrale Strom- und Wärmekonzepte und bilden eine effiziente Regelenergiequelle für virtuelle Kraftwerke. Es ist daher notwendig, die Erzeugung von Strom und Wärme durch geeignete Speichersysteme im Tageslastgang weitestgehend zu entkoppeln. Latentwärmespeicher (LWS) ermöglichen im Vergleich zu Wasserspeicher höhere Speicherdichten, kommen aber aufgrund hoher Kosten bislang kaum zum Einsatz. Für kompakte Systemlösungen aus Klein-BHKW und Speicher wären jedoch höhere Speicherdichten jedoch wünschenswert. Zielstellung des Projektes ist daher die Untersuchung von Makroverkapselungen für Latentspeichermedien (PCM) auf der Basis von Beutelverpackungen, mit denen die Speicherkosten reduziert werden können. Durch eine modulare Bauweise des Speichers wird zudem eine Anpassung an verschiedene Anwendungsfälle ermöglicht.
Das Projekt "E3ON: Effiziente elektrische Energiespeicher für den öffentlichen Nahverkehr" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Graz, Institut für Elektrische Messtechnik und Messsignalverarbeitung durchgeführt. Die Hybridisierung von im öffentlichen Nahverkehr eingesetzten Fahrzeugen bietet die Möglichkeit signifikanter Treibstoff- und Emissionsreduktionen, da die Fahrzyklen gut vorhersehbar sind und häufige Brems- und Beschleunigungsvorgänge enthalten (Start-Stopp Betrieb). Der Einsatz verfügbarer elektrochemischer Speicher (Batterien, Ultracaps) zur Zwischenspeicherung der Bremsenergie ist zwar möglich, jedoch können die geforderten Leistungen bzw. die gewünschte Lebensdauer nur mit großem finanziellen Aufwand bzw. starker Überdimensionierung des Energiespeichers erreicht werden. Im Gegensatz zu den elektrochemischen Speichern bieten Flywheel-Speicher das Potenzial, eine hohe Leistungsdichte mit einer hohen Energiedichte zu verbinden. Durch den Einsatz moderner (Verbund-)Materialien sowohl im Schwungrad selbst wie auch in den Lagern können Flywheel-Speicher sehr kompakt und leicht gebaut werden. Außerdem erreichen sie bereits mit heute verfügbarer Lager-Technologie eine im Vergleich zu modernen Batteriesystemen deutlich erhöhte Lebensdauer. In dem Projekt E3ON soll die Realisierbarkeit von kompakten Flywheel-Speichern unter den in öffentlichen Nahverkehrsfahrzeugen gegebenen Rahmenbedingungen untersucht werden: Gemeinsam mit potenziellen Kunden (siehe beiliegende LOI) werden für Schienenfahrzeuge und Hybridbusse typische Lastprofile sowie extern auftretende mechanische Belastungen (Vibrationen, Fliehkräfte, ...) spezifiziert. Auf deren Basis werden die Hauptkomponenten des Systems (Schwungmasse und Lagerung, Motor/Generator, Umrichter) theoretisch und experimentell in Bezug auf Lebensdauer und Sicherheitsaspekte untersucht. Das Ergebnis der Forschungsarbeiten sind Realisierungsvorschläge für die einzelnen Komponenten sowie eine erste Abschätzung der unter den gegebenen Randbedingungen erreichbaren Lebensdauer und der Kosten. Daraus können die wichtigsten Parameter eines im Rahmen eines Folgeprojekts zu realisierenden Prototyps bzw. Vorseriengeräts abgeleitet werden, wobei speziell der erreichbare Wirkungsgrad (round-trip efficiency), der speicherbare Energieinhalt, die aufnehmbare bzw. abgebbare elektrische Leistung, die erreichbare Lebensdauer und der zu erwartende Preis von Interesse sind. Zusätzlich können die Projektergebnisse zur Beurteilung der Realisierbarkeit von noch weiter miniaturisierten Flywheel-Speichern herangezogen werden. Derartige Speicher eignen sich zum Einsatz in Hybrid- und Elektrofahrzeugen des zukünftigen Individualverkehrs.
Das Projekt "FH-Impuls 2016: 'Zukünftige Li-basierte Energiespeicher: Neue Materialsysteme, Fertigungsprozesse und Qualitätsbewertungsmethoden (LiMaProMet)' im Gesamtvorhaben 'Smarte Materialien und intelligente Produktionstechnologien für energieeffiziente Produkte der Zukunft (SmartPro)'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule Aalen, Hochschule für Technik und Wirtschaft, Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen (FINO), Arbeitsgruppe Sörgel durchgeführt. Das Impulsprojekt LiMaProMet beschäftigt sich mit der Verbesserung von Interkalationsmaterial-basierten Akkumulator-Kathoden sowie dem Thermomanagement von Batteriezellen. Dabei wird parallel eine geeignete, produktionsbegleitende Qualitätssicherung ausgearbeitet, die auf die speziellen Aspekte des für das Projekt charakteristischen dreidimensionalen Elektrodenaufbaus fokussiert. Hierbei kommen auch Methoden der künstlichen Intelligenz (selbstlernende Algorithmen) zum Einsatz. Für die hochperformanten Elektroden werden zwei neue, innovative Wege verfolgt, um Elektroden mit Fokus auf einer hohen gravimetrischen bzw. volumetrischen Leistungs- bzw. Energiedichte zu entwickeln. Dabei werden außerdem die Aspekte Energieeffizienz, Zyklenfestigkeit und Sicherheit mit berücksichtigt. Zum einen kommt ein von der Hochschule Aalen entwickeltes, völlig neues galvanotechnisches Verfahren zum Einsatz, das es erlaubt, auf die sonst erforderlichen Leitfähigkeits- und Binderadditive zu verzichten. Dadurch sind konzeptbedingt erhöhte Energie- und Leistungsdichten möglich. Alternativ dazu wird der klassische Ansatz der Aufbringung eines Slurries aus Aktivmaterial, Leitfähigkeits- und Binderadditiv auf die Beschichtung/Infiltration zellularer Trägermaterialien erweitert. Dies ermöglicht die Realisierung erhöhter Flächenbeladungen, wodurch die Energiedichte der Elektroden gesteigert werden kann. Im Rahmen des Projekts sollen geeignete Infiltrationsverfahren in Kombination sowohl mit heute bereits eingesetzten als auch zukünftigen Hochenergiematerialien ermittelt werden. Als weiterer Ansatz zur Verbesserung der Zellperformance, vor allem unter hohen Stromraten (Hochleistungsanwendungen und Schnellladeszenarien) bzw. zur weiteren Verbesserung der Zellsicherheit wird die Eignung von Phase-Change-Materials für das Thermomanagement des gesamten Zellpacks untersucht. Dies erfolgt zunächst durch Modellierung und Simulation sowie nachfolgend durch Validierung und Erprobung.
Das Projekt "ALIBATT - Al-Ionen-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Die Hauptaufgaben des DECHEMA-Forschungsinstituts (DFI) im ALIBatt-Vorhaben bestehen darin, neuartige Elektrodenmaterialien zu synthetisieren und charakterisieren. Hierbei werden zum Einen kommerzielle, kostengünstige Al-Legierungen wie u.a. Al2024 (Al-Cu-Mg), Al5083 (Al-Mg-Mn)und Al7075 (Al-Zn-Mn) auf ihre Korrosionseigenschaften und Eignung als Anodenmaterial hin untersucht und mit denen kostenträchtiger Reinstaluminium-Folien verglichen. Der Einfluss von Bismut und Blei auf das Passivierungs- bzw. Selbstentladeverhalten von Aluminium wird ebenfalls untersucht. Zum Anderen werden auf Kohlenstoff basierende Materialien wie z.B. pyrolitisches Graphit bzw. Xerogel hergestellt und auf Ihre Aktivität für die Interkalation von Al-Ionen unter Halbzellen-Bedingungen geprüft. Hierbei soll der Einfluss des Graphitisierungsprozesses auf die dreidimensionale Kohlenstoffstruktur untersucht und die Stabilität der C-C-Bindungen zwischen den Graphenschichten optimiert werden. Als Ausgangsmaterialien werden kommerziell erhältliche, kostengünstige Kapton-Folien bzw. Polyimid-Schäume verwendet. Bei den Schäumen soll der Einfluss der Porengröße auf das Al-Interkalationsverhalten näher untersucht werden. Ferner steht der Zusammenbau von Knopfzellen unter Schutzatmosphäre mit selbstgestellten bzw. von Partnern zur Verfügung gestellten Elektroden/Elektrolyt-Systemen im Vordergrund. Hierbei werden die Zellkapazität, die Zellleistung und die Zyklenbeständigkeit sowie der Energiewirkungsgrad ermittelt.
Das Projekt "STACK - Schnelles Stapeln für die Massenfertigung von kostengünstigen und sicheren Li-Ionen-Zellen und Weiterentwicklung von Elektroden- und Separatormaterialien - Material-, Prozess- und Anlagenentwicklung und Qualifizierung im Produkt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz AG durchgeführt. Grundsätzlich können Stapelzellen wegen ihres homogenen Aufbaus Vorteile gegenüber gewickelten Zellen haben. Daneben weisen gestapelte Zellen durch die bessere Raumausnutzung eine um 2-5 % höhere Zellkapazität auf. Ein großer Nachteil des Einzelblatt-Stapelverfahrens ist jedoch der geringere Durchsatz bei den derzeit verfügbaren Anlagen. Die Manz AG wird nach Evaluierungs- und Designphase eine demonstratorische Stapelanlage entwickeln, diese bauen und im Betrieb qualifizieren. Es ist geplant, diesen Demonstrator an der Forschungsproduktionslinie (FPL) am ZSW zu betreiben. Das Ziel dieses Vorhabens ist es, den Nachteil des geringeren Durchsatzes eines Staplers im Rahmen der geplanten Arbeiten mindestens zu kompensieren. Gleichzeitig sollen vergleichbare bis verbesserte Prozessausbeuten durch die Entwicklung bzw. Anpassung bestehender Prozesse und Handhabungstechnik im Vergleich zum Stapeln erzielt werden. Eine abschließende Evaluierung der Herstellkosten in einer Massenproduktion soll die Ergebnisse für die schnelle wirtschaftliche Übertragung und kommerzielle Verwertung im Vergleich zu herkömmlichen Materialien und Prozessen vorbereiten. Der Nachweis verbesserter Leistungsdichten, Zyklenfestigkeit, Langlebigkeit und Sicherheit gegenüber bisherigen Lithium-Ionen-Zellen ist ebenso ein Zielkriterium.
Das Projekt "ALIBATT - Al-Ionen-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IoLiTec - Ionic Liquid Technologies GmbH durchgeführt. Gesamtziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung, Charakterisierung und Qualifizierung eines neuartigen Energiespeichers auf Basis eines Al-Ionen-Batteriesystems mit hoher Energiedichte (300 Wh/kg, 690 Wh/l ) für mobile Anwendungen als alternatives Konzept gegenüber den etablierten, aber auch den in der Entwicklung befindlichen Li Ionen-Systemen. Das Vorhabensziel wird in den Teilbereichen der Synthese und Charakterisierung eines geeigneten Kathodenmaterials (FhG IISB/THM Freiberg , FhG IZM Berlin), der Bewertung von Al-Legierungen für den Einsatz als Anode insbesondere im Hinblick auf der Vermeidung von Passivierungsschichten (DFI Frankfurt), der Entwicklung und Testung entsprechender Elektrolytsysteme (TU Clausthal, IoLiTec GmbH Heilbronn) und der elektrischen und elektrochemischen Analyse des Gesamtsystems in etablierten Mikrotestzellen (FhG IZM Berlin) gemeinsam durch die Verbundpartner umgesetzt. Darüber hinaus wird bereits in diesem frühen Stadium der Material- und Systementwicklungen ein Verwertungspfad derartiger innovativer Batteriesysteme erarbeitet und erste Konzepte für deren Umsetzung im Verbund erstellt (PEM der RWTH Aachen).
Das Projekt "3-D-Graph - Entwicklung dreidimensional strukturierter Graphenmaterialien zur Energiespeicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VARTA Microbattery GmbH durchgeführt. Das Forschungsprojekt zielt auf die Entwicklung von Elektroden auf Basis von Graphen und pseudokapazitiven Materialien für umweltfreundliche wässrige Hybridkondensatoren ab. Neuartige Kompositelektroden sollen in Bezug auf ihre spezifische Energie, Leistungsfähigkeit und Zyklenstabilität optimiert werden. Das Gesamtprojekt konzentriert sich auf die nanotechnologische Synthese neuer, dreidimensional verbundener Graphenmaterialien mit verbesserter, da ungerichteter Leitfähigkeit. Zur Herabsetzung des Widerstands und Verbesserung des Benetzungsverhaltens ist weiterhin vorgesehen, die Oberflächenchemie der neuen Graphene durch gezielte, chemische Modifikation zu steuern und die Energiedichte durch die Verwendung pseudokapazitiv wirkender Materialien zu steigern. Das Projekt ist darauf angelegt, neue Herstellungsmethoden anzupassen, zu kombinieren und zu testen. Im Teilvorhaben werden die Entwicklung von Graphen-basierten Hochleistungselektroden sowie die Implementierung und Erprobung der Elektroden in prototypische Zellen adressiert.
Das Projekt "ALIBATT - Al-Ionen-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie, Abteilung Energiematerialien und Testbauelemente durchgeführt. Zur Entwicklung geeigneter Kathodenwerkstoffe für Aluminum-Ionen-Systeme mit hoher volumetrischer Energiedichte werden am Fraunhofer IISB mit seiner Außenstelle THM geeignete Interkalationsmaterialien auf der Basis von Metalloxiden, einschließlich der strukturellen und elektrochemischen Charakterisierung untersucht. Am Fraunhofer IZM sollen Schwefelverbindungen als Kathode für Aluminium-Ionenbatterien untersucht werden. Ziel ist es, schwefelbasierte Nanomaterialien als Kathoden zu synthetisieren und deren physikochemische Charakterisierung durchzuführen.
Das Projekt "3-D-Graph - Entwicklung dreidimensional strukturierter Graphenmaterialien zur Energiespeicherung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. In 3-D-Graph wird eine zukünftige Generation von Superkondensatoren entwickelt. Diese bestehen aus Graphenelektroden mit kontrollierter Oberflächenchemie und pseudokapazitiven Materialien. Das Projekt wird in Zusammenarbeit zwischen Forschungseinrichtungen und Unternehmen aus Israel und Deutschland durchgeführt. Das Projekt konzentriert sich auf die nanotechnologische Synthese neuer, dreidimensional verbundener Graphenmaterialien mit verbesserter, da ungerichteter Leitfähigkeit. Zur Herabsetzung des Widerstands und Verbesserung des Benetzungsverhaltens ist weiterhin vorgesehen, die Oberflächenchemie der neuen Graphene durch gezielte, chemische Modifikation zu steuern und die Energiedichte durch die Verwendung pseudokapazitiv wirkender Materialien zu steigern. Das Projekt ist darauf angelegt, neue Herstellungsmethoden anzupassen, zu kombinieren und zu testen.
Das Projekt "ALIBATT - Al-Ionen-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Elektromobilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components durchgeführt. Gesamtziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung, Charakterisierung und Qualifizierung eines neuartigen Energiespeichers auf Basis eines Al-Ionen-Batteriesystems mit hoher Energiedichte (300 Wh/kg, 690 Wh/l1) für mobile Anwendungen als alternatives Konzept gegenüber den etablierten, aber auch den in der Entwicklung befindlichen Li-Ionen-Systemen.
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