Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von BASF SE durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Projektes ist die Erforschung von neuartigen (lithiumbasierten) Festkörperbatterien (engl. ASSBs) und die Evaluierung, ob sich diese Technologie zukünftig für die Anwendung in der Elektromobilität eignen könnte. Im Fokus stehen dabei spezielle Kathodenaktivmaterialien (CAMs) mit erhöhter Zellspannung bzw. erhöhter Kapazität, sowie verbesserte Festelektrolyt- (SEs) bzw. Polymerelektrolytmaterialien (SPEs). Sowohl für die CAMs als auch für SEs bzw. SPEs sollen hochskalierbare Herstellungsrouten bewertet werden. 2. Arbeitsplan Innerhalb des Projektes werden CAMs speziell für die Anwendung in ASSBs folgendermaßen optimiert: a) mechanische Behandlung um Partikelgröße und -form für den Einsatzzweck maßzuschneidern. b) Oberflächenmodifizierung der Partikel für optimiertes Grenzflächenverhalten in einer ASSB-Elektrode. c) Herstellung von Kompositkathoden für ASSB-Zellen. Des Weiteren werden SE, SPE und Komposite für den Einsatz in der Kathode bzw. als Membran synthetisiert und optimiert. Die Materialien werden in ASSB-Testzellen umfassend elektrochemisch charakterisiert, um Rückschlüsse für die weitere Materialoptimierung ziehen zu können. Begleitend werden makroskopische Simulationen zum elektrochemischen Verhalten von ASSBs durchgeführt.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), IEK-1: Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren durchgeführt. Im IEK1-Teilprojekt sollen hochskalierbare, 10-150 Mikrometer dicke Festelektrolyte aus Lithium-ionenleitenden (glas)keramischen Materialien durch den Foliengießprozess hergestellt werden. Der Schwerpunkt des HI MS-Teilprojektes liegt auf der Erforschung verschiedener Herstellungsrouten von Elektroden und Zellen mit unterschiedlicher Geometrie sowie auf deren elektrochemischer Charakterisierung. IEK-1: Folgende Arbeitsschritte sollen durchgeführt werden: 1. Herstellung von einlagiger dichten, mechanisch stabilen und gut leitenden Elektrolytschichten. 2. Herstellung von doppellagigen Schichtsystemen, die aus einer dichten und einer porösen Schicht bestehen. 3. Aufbringung der Kathodenmaterialien auf den Elektrolytschichten durch Siebdruck oder Infiltration. Dabei werden sowohl geeignete Materialkombinationen als auch Sinterbedingungen für Kathodenpasten und Infiltrationslösungen untersucht und optimiert. 4. In Zusammenarbeit mit Kooperationspartnern werden umfassende Untersuchungen zum elektrochemischen Zyklierverhalten durchgeführt und dementsprechend die Prozesse in oben geschriebenen Arbeitsschritten 1-3 optimiert. HI-MS: Es sollen auch die von den Partnern gelieferten Elektrolyte und Elektroden in Zellen mit unterschiedlichem Zelldesign eingebracht und hinsichtlich ihrer Eigenschaften in der Zelle charakterisiert werden. Standardisierte Testverfahren für die Festkörperzellen sollen in Zusammenarbeit mit den Materialherstellern erstellt werden. Dabei sollen die Testprotokolle auch galvanostatisches Zyklisieren bei verschiedenen Temperaturen zur Bestimmung von Kapazität und Zyklenlebensdauer sowie ggf. Impedanzspektroskopie zur Analyse des Innenwiderstandes umfassen. Die Ergebnisse fließen in Materialentwicklung (AP 2 bis 6) und das Zelldesign (AP 7.1) ein. Ziel ist es am Ende des Projektes eine komplette Batterie mit mindestens drei funktionierenden Wiederholeinheiten zu erstellen mit einer Energiedichte von größer als 800 Wh/L und einer Wunschlebensdauer der Zellen von 100 Zyklen.
Das Projekt "Hochvalente Ionen für die Energiewende" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Bergakademie Freiberg, Institut für Experimentelle Physik durchgeführt. Ziel des Projekts ist es, ein Post-Lithium-Energiespeichersystem auf Basis hochvalenter Ionen in Kooperation mit Industrie- und Forschungspartnern weiterzuentwickeln und maßgeschneiderte Lösungen für deren großtechnische Produktion zu erarbeiten. Diese Aluminium-Ionen-Festkörperbatterie-Materialsysteme sollen einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten, indem sie doppelt bis viermal so hohe volumetrische Energiedichten, eine hohe Lebensdauer mit mehreren Tausend Lade-/Entladezyklen und einen sicheren Betrieb ermöglichen. Mit Aluminium, das in großem Maße verfügbar ist und für das großskalige Produktionsprozesse sowie eine Recycling-Infrastruktur vorliegen, als Anodenmaterial und mobile Spezies, ist eine kostengünstige Substitution der knappen Ressource Lithium und ein energieeffizienter Zellproduktionsprozess aussichtsreich. Damit soll eine kostengünstige, ressourcenschonende Herstellung für insbesondere stationäre Anwendungen zur Unterstützung des Ausbaus erneuerbarer Energien ermöglicht werden. Es ist vorgesehen, für die Herstellung solcher Energiespeicher geeignete Materialien zu präparieren sowie Rezepturen für deren großflächigen Auftrag auf Trägermaterialien zu erarbeiten. Ganz maßgeblich wird das Festelektrolytmaterial im Fokus der Arbeiten stehen, um hohe Ionenleitfähigkeiten zu generieren. Für die Materialverarbeitung sollen bereits etablierte Beschichtungstechnologien nutzbar gemacht, angepasst oder neu kombiniert werden. Insbesondere das kontinuierlich arbeitende und für die großflächige Produktion geeignete Rolle-zu-Rolle-Prinzip (R2R) wird hier im Vordergrund stehen. Bei kritischen Komponenten, wie dem Festkörperelektrolyten, sollen diese durch Vakuumabscheidemethoden und Kristallisationsverfahren ergänzt werden. Dementsprechend werden die R2R-Prozesse in Kombination mit nasschemischen und physikalischen Ansätzen sowie einer gezielten Defektchemie, der Modifizierung der Materialien auf atomarer Ebene, zum Forschungs- und Entwicklungsgegenstand.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Friedrich-Schiller-Universität Jena, Institut für Technische Chemie und Umweltchemie durchgeführt. 1. Vorhabenziel Das Teilvorhaben der AG Adelhelm (FSU Jena) beschäftigt sich mit der Herstellung und Charakterisierung von Kathodenmaterialien für Festkörperbatterien basierend auf Kupfersulfiden als Aktivmaterial. Kombiniert mit einer Lithiumanode weisen Vollzellen mit 552 Wh/kg (Cu2S) bzw. 960 Wh/kg (CuS) sehr hohe theoretische Energiedichten auf. Kupfersulfide weisen sehr hohe intrinsische Leitfähigkeiten auf, was sie besonders hinsichtlich ihres Einsatzes in Feststoffbatterien als Forschungsobjekt interessant macht. 2. Arbeitsplan Kernpunkte des Arbeitsplans sind (1) die Herstellung von kupfersulfidbasierten Kathoden mit optimierter elektrochemischer Aktivität, (2) die strukturelle und elektrochemische Untersuchungen der Kathodenreaktion zur Aufklärung des Speichermechanismus und zur Identifizierung von Alterungseffekten, (3) die Präparation von Festkörperbatterien mit geeignetem Festelektrolyt und Lithium oder Lithiumlegierung als Anode und deren elektrochemische Charakterisierung.
Das Projekt "FELIZIA - Festelektrolyte als Enabler für Lithium-Zellen in automobilen Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Schott AG durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist es, bedarfsgerechte anorganische Festkörperelektrolyte für die Verwendung in einer Feststoffbatterie zu entwickeln und deren Applikationsformen insbesondere in der Wechselwirkung mit den beteiligten Materialien und Prozessierungen erforscht werden. Dazu sollen vorentwickelte anorganische Feststoffelektrolyte aus dem System LLZO und LiSiCon für eine Eignung in einer Feststoffbatterie weiterentwickelt werden. Hierbei soll insbesondere die Wechselwirkung (z.B. Interfacewiderstand) mit den angrenzenden Materialien wie Kathoden- und Anodenmaterialien und die Separation der Elektroden zusammen mit den Verbundpartnern untersucht und optimiert werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Vakuumdünnschichttechnologien für die Rolle-zu-Rolle-Fertigung elektrochemischer Energiespeicher auf flexiblen Träge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik durchgeführt. Das Projekt ordnet sich ein in ein Verbundprojekt zur Entwicklung von Post-Lithium-Energiespeichersystemen auf Basis multivalenter Ionen und maßgeschneiderter Lösungen für deren potentielle großtechnische Produktion. Ein Teilziel des Verbundprojektes ist die Entwicklung von Feststoffelektrolyten für Festkörperbatterien auf Aluminium-Basis. Diesem Ziel des Verbundprojektes folgend, ist das Ziel des Teilprojektes die Entwicklung einer Vakuum-Dünnschichttechnologie zur Abscheidung des Feststoffelektrolyten auf einem flexiblen Träger. Als Träger für den Feststoffelektrolyten dienen entweder eine Aluminiumfolie (die Anode der Batterie) oder mit dem Kathodenmaterial beschichtete Metallfolien, Kunststofffolien oder auch Vliese. Die Verwendung eines Festkörperelektrolyten in einem entsprechenden Akkumulator soll die Lebensdauer der Batterie auf mehrere Tausend Lade- und Entladezyklen steigern und vor allem deren sicheren und nachhaltigen Betrieb gewährleisten. Die Entwicklung der Technologie zur Abscheidung des Feststoffelektrolyten ist eng mit der materialwissenschaftlichen Entwicklung des Feststoffelektrolyten verknüpft. Die entwickelten Beschichtungsverfahren sollen eine kostengünstige Abscheidung des Feststoffelektrolyten auf flexible Träger in Rolle-zu-Rolle-Verfahren ermöglichen. Im ersten Schritt wird ein Verfahren zur Abscheidung von aluminiumbasierten Feststoffelektrolyten entwickelt. Es werden die Beschichtungsverfahren Magnetron-Sputtern, Elektronenstrahlverdampfung und thermische Verdampfung untersucht. Hinzu kommen Verfahren zur in-line-fähigen Nachbehandlung. Die Abscheideverfahren werden mit Blick auf Schichtreinheit, Haftung auf den flexiblen Trägern, Ionenleitfähigkeit der Schicht, Defektarmut und Produktivität untersucht. Im nächsten Schritt werden die Beschichtungsverfahren auf den Rolle-zu-Rolle-Modus übertragen. Für die Projektpartner werden Labormuster mit gezielt variierten Eigenschaften für die Entwicklungsarbeit bereitgestellt.
Das Projekt "ARTEMYS - Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rehm Thermal Systems GmbH durchgeführt. Ziel des Verbundprojekts 'ARTEMYS' ist es, geeignete Prozesstechnologien für die Herstellung von vollkeramischen Festkörperbatterien zu erarbeiten, diese bezüglich ihrer Skalierbarkeit zu bewerten und mit den geeigneten Technologien Musterzellen im Labormaßstab zur Validierung darzustellen. Somit wird sowohl eine prozesstechnologische als auch kostenbasierte Entscheidungsgrundlage für eine potentiell nachfolgende Industrialisierung am Standort Deutschland gelegt. Durch den Zusammenschluss von drei Forschungsinstituten/Universtitäten sowie acht Firmen zu einem Kompetenznetzwerk entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Batteriefertigung, wird notwendiges Know-how von der Materialherstellung und -aufarbeitung über die Elektrodenprozessierung und Zellherstellung inklusive Fertigungsplanung bis hin zur Bewertung der Anwendung im Automobil gebündelt. Es wird ein Demonstrator für den Batchbetrieb für die thermische Behandlung von Kompositkathoden-Folien entwickelt, der an die zuvor evaluierten Randbedingungen anpasst ist. Besondere Aufmerksamkeit verdient hier der Ausbrand der organischen Bestandteile, bei dem zwangsläufig mit der Entstehung von CO2 gerechnet werden muss, das mit dem stark alkalischen Hilfselektrolyten zu Li2CO3 reagieren kann und folglich diesen degradiert. In den Prozess der thermischen Behandlung sind deshalb geeignete Maßnahmen zur Abführung von CO2 aus der Ofenatmosphäre einzubeziehen. Anhand der mit diesem Ofen darstellbaren Sinterprofile und Atmosphären können Randbedingungen für die Auslegung kontinuierlicher Ofenanlagen im industriellen Maßstab abgeleitet werden.
Das Projekt "Maßgeschneiderte Materialsysteme und Technologien für die Rolle-zu-Rolle-Fertigung elektrochemischer Energiespeicher auf flexiblen Trägern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Vowalon Beschichtung GmbH Kunstleder-Folie-Bondings durchgeführt. Ziel des R2RBattery-Verbundvorhabens ist es, ein Post-Lithium-Energiespeichersystem auf Basis hochvalenter Ionen in Kooperation mit Industrie- und Forschungspartnern weiterzuentwickeln und maßgeschneiderte Lösungen für deren potentielle großtechnische Produktion zu erarbeiten. Diese Festkörperbatterie-Materialsysteme sollen einen wichtigen Beitrag zur Energiewende leisten, indem sie potenziell doppelt bis viermal so hohe volumetrische Energiedichten sowie ein Kostensenkungspotential gegenüber kommerziellen Lithium-Systemen von 18 Prozent bezogen auf den Preis pro Kilowattstunde in Aussicht stellen. Ziel von Vowalon ist es, im Rahmen des Vorhabens Potentiale für die Erschließung von Marktsegmenten im Bereich der elektrochemischen Energiespeicher zu lokalisieren, insbesondere durch den Einsatz der vorhandenen Anlagen und Prozesse zur großvolumigen nasschemischen Beschichtung von flexiblen Trägern. Dazu soll das Vorhaben hinsichtlich einer zielgerichteten Durchführung der FuE-Arbeiten sowie maßgeblich bei der Entwicklung eines Technologietransferszenarios unterstützt werden. Mögliche Scale-up-Aktivitäten in diesem Bereich können durch vorhandene Pilotanlagen abgesichert werden. Im Rahmen des Teilvorhabens stellt Vowalon notwendiges Know-how und Expertise in Form von Personenmonaten sowie Mustern dem Verbund zur Verfügung. Folgender Arbeitsplan ist vorgesehen: - Unterstützung der Sicherstellung eines Qualitätsmanagements, - Einschätzung der Machbarkeit hinsichtlich Material, - Bereitstellung von Anforderungen an die Rezeptur des Ausgangsmaterials, - Unterstützung der Erarbeitung eines geeigneten Zelldesings, - Bereitstellung von flexiblen Trägermaterialien, - Erarbeitung eines Produktionskonzepts, - Wirtschaftlichkeitsbetrachtung.
Das Projekt "Entwicklung und Charakterisierung von Festelektrolyt- und Elektrodenmaterialien für elektrochemische Energiespeicher (R2RBattery-KSI)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg e.V. durchgeführt. Gesamtziel des Verbundvorhabens R2RBattery ist die Entwicklung eines Konzepts und innovativer Materialien für wiederaufladbare Multivalent-Ion-Festkörperbatterien auf Aluminium-Basis. Durch die Verwendung eines Al-Festkörperelektrolyten in einem Akkumulator sollen dessen Lebensdauer erheblich gesteigert und sein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Für die Fertigung soll das für eine großflächige Produktion besonders geeignete Rolle-zu-Rolle-Prinzip (R2R) angewendet werden. Ziele des Teilprojektes des KSI sind die Entwicklung und Erprobung oxidischer Materialsysteme für aluminiumionenleitende Festelektrolyte und Elektroden zur Interkalation von Aluminiumionen sowie die Aufklärung von Phänomenen, die an festen Leitern für multivalente Ionen bei der Applikation in elektrochemischen Energiespeichern auftreten. Das Vorhaben wird am KSI in Kooperation mit der TU Bergakademie Freiberg, dem Fraunhofer-Institut FEP und der Schoeller Technocell GmbH bearbeitet. Schwerpunkte des Arbeitsplans des KSI sind: Synthese und Charakterisierung der verschiedenen Festelektrolytmaterialien mittels elektrochemischer, physikalischer und optischer Methoden, Entwicklung von Siebdruckpasten und Optimierung der Dickschichttechnologie zur Herstellung der Zellsysteme sowie deren elektrochemische Charakterisierung. Außerdem werden Möglichkeiten zur Abscheidung dünner Schichten mittels Pulsed Laser Deposition (PLD) geprüft.
Das Projekt "ARTEMYS - Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Das Kernziel des Teilprojektes ist die Entwicklung von Herstellprozessen für die Komponenten Komposit-Kathode und Festelektrolytseparator einer Festkörperbatterie auf Basis oxidischer Materialien. Die hierfür erforderlichen Arbeiten in AP2 umfassen die Qualifizierung und Optimierung von Aufbereitungsprozesse und Sinterstrategien für Festelektrolytmaterialien. Weiterführend sind in AP4 das Foliengießen und der Siebdruck als Formgebungsverfahren für die Kompositkathode hinsichtlich geeigneter Schlicker- und Pastenrezepturen zu entwickeln. Einen weiteren Arbeitsschwerpunkt von AP4 stellt in enger Kooperation mit den Industriepartner Rehm die Entwicklung einer angepassten Sinterstrategie und entsprechender Ofentechnologien für die Kompositkathode, mit denen sich eine kombinierte Wärmebehandlung bestehend aus Entbinderung der organischen Folien- bzw. Pastenbestandteile und Sinterung durchführen lässt. Für den Festelektrolytseparator sind in AP6 ebenfalls das Foliengießen und der Siebdruck als Formgebungsverfahren zu entwickeln. Die Entwicklung der zu dieser Komponente gehörigen Sinterstrategie und Ofentechnik zur Realisierung hoch dichter und defektarmer Gefüge der Festelektrolytseparatorgefüge erfolgt gemeinsam mit dem Partner TriDelta. In enger Interaktion mit AP4 und AP6 befasst sich AP7 mit der Entwicklung von Festkörperbatteriezellen und multiplen Stapeln auf Basis der jeweiligen Komponenten. Die konzeptionellen Vorarbeiten (Auslegung und Dimensionierung Festkörperbatterie) werden dafür in AP1 mit den Partnern erarbeitet. Wesentliche Ziele in AP7 sind die Realisierung von Zellaufbauten als Verbund von Kompositkathode und Festelektrolytseparator sowie eine zuverlässige Anbindung von Lithiumfolie. Im Rahmen dieses APs erfolgt auch der Test der Zellen. Die Ergebnisse der Arbeiten werden in AP8 als Beitrag zum Fertigungskonzept eingebracht.
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