Das Projekt "KeNaB-ART - Keramik-basierte Natrium-Batterie mit beta-Aluminat für Anwendungen über Raumtemperatur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EL-Cell GmbH durchgeführt. Natriumbatterien sind die vielversprechendste Alternative zu den verbreiteten Li-Ionen-Batterien (LIB). Die Hauptvorteile von Na-Ionen-Batterien liegen in den geringen Kosten der benötigten Rohstoffe und der um den Faktor 100 besseren Verfügbarkeit von Natrium in der Erdkruste im Vergleich zu Lithium. Der Nachteil von Na-Ionen-Batterien ist ihre geringere Energiedichte, was aber durch die Verwendung von Natriummetall als Anode ausgeglichen werden kann. Allerdings erfordert eine Natriummetallanode die Integration von Na-Ionen leitfähigen Festelektrolyten. Natrium-Festelektrolyt-Batterien (Sodium solid electrolyte batteries - SSB) werden bereits im akademischen Bereich erforscht und in wenigen Anwendungen erprobt. Die umfassende Marktdurchdringung scheitert aber u.a. an der Skalierbarkeit verschiedener Kathoden-Aktivmaterialien und Festelektrolyt-Materialien. Genau hier setzt das geplante F&E-Projekt KeNaB-ART an. Das Hauptziel dieses Projektes stellt die Entwicklung eines Zellkonzeptes für eine SSB mit einer Natrium-Flüssigmetall-Anode, Keramik-Festelektrolyt und Natrium-Ionen-Kathode bei Anwendungstemperaturen zwischen 80 bis 120 Grad Celsius dar. Mit dem neuen Zellkonzept werden die Vorteile der LIB mit der bereits kommerzialisierten ZEBRA-Batterie kombiniert: hohe Energiedichte, baldige Technologiereife, Nachhaltigkeit, Stabilität und Sicherheit. Bei einer Betriebstemperatur von größer als 100 Grad Celsius wäre der Einsatz als stationären Energiespeicher optimal, da auf aktive Kühlung verzichtet werden kann. Die Partner des industriegeführten Konsortiums sind erprobt in der Entwicklung von Zellkonzepten und in der großvolumigen Produktion (Fertigungstechnologien) von Materialien und Komponenten im Tonnen-Maßstab.
Das Projekt "Keramik-basierte Natrium-Batterie mit beta-Aluminat für Anwendungen über Raumtemperatur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IBU - tec advanced materials AG durchgeführt. Natrium-Festelektrolyt-Batterien werden zwar im akademischen Bereich erforscht und in wenigen Anwendungen erprobt, die umfassende Marktdurchdringung scheitert aber an techno-ökonomischen Herausforderungen: Das avisierte Zellkonzept - KeNaB-ART - besteht aus drei Komponenten: Flüssigmetall-Anode, Keramik-Festelektrolyt und Natrium-Ionen-Kathode. Das Zellkonzept kann als Vereinigung zweier Batterie-Typen gedacht werden: Lithium-Ionen- und ZEBRA-Batterien. Somit werden die Vorteile beider Typen kombiniert: hohe Energiedichte, Technologiereife, Nachhaltigkeit, Stabilität und Sicherheit. Bei einer Betriebstemperatur von größer als 100 Grad Celsius kann auf aktive Kühlung verzichtet werden - auch bei Systemen größer als 500 kWh. Das Industrie-geführte Projekt widmet sind der Entwicklung eines Zellkonzepten und der großvolumigen Fertigungstechnologien von Materialien und Komponenten. Das innovative Zellkonzept adressiert Fragestellungen im Systemzusammenhang: Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ist es bei gleicher Performance (i) temperaturstabiler, (ii) ressourcenschonender und (iii) durch den Festkörper-Ansatz, sicherer. Für das neuartige Natrium-basierte Zellkonzept lassen sich zwei separate, grundsätzliche Entwicklungsziele formulieren: (i) Überprüfung der Skalierbarkeit von nachhaltigen und günstigen Materialien, wie Aktivmaterialien (dotierte Natrium-Manganoxide) und keramische Festelektrolyte (Beta-Aluminat): Dies umschließt die Prozessentwicklung zur Herstellung einer festen Natrium-Ionen-Kathode bestehend aus Aktivmaterial, Kohlenstoff und Sekundär-Elektrolyt (z.B. Binder, Festelektrolyt). (ii) Geeignetes Zelldesign: Die hergestellte Zelle muss den Funktionsansprüchen stationärer Energiespeicher genügen: 'c-rate' = 0,5 / h, Zell-Spannung ca. 3,6 V, Kapazität größer als 80 mAh/g, Zyklenstabilität = 900 bei 80 % Ah-Retention, Selbstentladung ca. 0 (siehe Keramik-Elektrolyt), keine Brandgefahr nach nail penetration test, Cobalt- sowie Kupfer-freie Materialien. Massenanteil Nickel = 5 %.
Das Projekt "KeNaB-ART - Keramik-basierte Natrium-Batterie mit beta-Aluminat für Anwendungen über Raumtemperatur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rauschert Heinersdorf - Pressig GmbH durchgeführt. Natrium-Festelektrolyt-Batterien werden zwar im akademischen Bereich erforscht und in wenigen Anwendungen erprobt, die umfassende Marktdurchdringung scheitert aber an techno-ökonomischen Herausforderungen: Das avisierte Zellkonzept - KeNaB-ART - besteht aus drei Komponenten: Flüssigmetall-Anode, Keramik-Festelektrolyt und Natrium-Ionen-Kathode. Das Zellkonzept kann als Vereinigung zweier Batterie-Typen gedacht werden: Lithium-Ionen- und ZEBRA-Batterien. Somit werden die Vorteile beider Typen kombiniert: hohe Energiedichte, Technologiereife, Nachhaltigkeit, Stabilität und Sicherheit. Bei einer Betriebstemperatur von größer als 100 Grad Celsius kann auf aktive Kühlung verzichtet werden - auch bei Systemen größer als 500 kWh. Das Industrie-geführte Projekt widmet sind der Entwicklung eines Zellkonzepten und der großvolumigen Fertigungstechnologien von Materialien und Komponenten. Das innovative Zellkonzept adressiert Fragestellungen im Systemzusammenhang: Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ist es bei gleicher Performance (i) temperaturstabiler, (ii) ressourcenschonender und (iii) durch den Festkörper-Ansatz, sicherer. Für das neuartige Natrium-basierte Zellkonzept lassen sich zwei separate, grundsätzliche Entwicklungsziele formulieren: (i) Überprüfung der Skalierbarkeit von nachhaltigen und günstigen Materialien, wie Aktivmaterialien (dotierte Natrium-Manganoxide) und keramische Festelektrolyte (Beta-Aluminat): Dies umschließt die Prozessentwicklung zur Herstellung einer festen Natrium-Ionen-Kathode bestehend aus Aktivmaterial, Kohlenstoff und Sekundär-Elektrolyt (z.B. Binder, Festelektrolyt). (ii) Geeignetes Zelldesign: Die hergestellte Zelle muss den Funktionsansprüchen stationärer Energiespeicher genügen: 'c-rate' = 0,5 / h, Zell-Spannung ca. 3,6 V, Kapazität größer als 80 mAh/g, Zyklenstabilität = 900 bei 80 % Ah-Retention, Selbstentladung ca. 0 (siehe Keramik-Elektrolyt), keine Brandgefahr nach nail penetration test, Cobalt- sowie Kupfer-freie Materialien. Massenanteil Nickel = 5 %.
Das Projekt "KeNaB-ART - Keramik-basierte Natrium-Batterie mit beta-Aluminat für Anwendungen über Raumtemperatur" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von IBU - tec advanced materials AG durchgeführt. Natrium-Festelektrolyt-Batterien werden zwar im akademischen Bereich erforscht und in wenigen Anwendungen erprobt, die umfassende Marktdurchdringung scheitert aber an techno-ökonomischen Herausforderungen: Das avisierte Zellkonzept - KeNaB-ART - besteht aus drei Komponenten: Flüssigmetall-Anode, Keramik-Festelektrolyt und Natrium-Ionen-Kathode. Das Zellkonzept kann als Vereinigung zweier Batterie-Typen gedacht werden: Lithium-Ionen- und ZEBRA-Batterien. Somit werden die Vorteile beider Typen kombiniert: hohe Energiedichte, Technologiereife, Nachhaltigkeit, Stabilität und Sicherheit. Bei einer Betriebstemperatur von größer als 100 Grad Celsius kann auf aktive Kühlung verzichtet werden - auch bei Systemen größer als 500 kWh. Das Industrie-geführte Projekt widmet sind der Entwicklung eines Zellkonzepten und der großvolumigen Fertigungstechnologien von Materialien und Komponenten. Das innovative Zellkonzept adressiert Fragestellungen im Systemzusammenhang: Im Vergleich zu herkömmlichen Systemen ist es bei gleicher Performance (i) temperaturstabiler, (ii) ressourcenschonender und (iii) durch den Festkörper-Ansatz, sicherer. Für das neuartige Natrium-basierte Zellkonzept lassen sich zwei separate, grundsätzliche Entwicklungsziele formulieren: (i) Überprüfung der Skalierbarkeit von nachhaltigen und günstigen Materialien, wie Aktivmaterialien (dotierte Natrium-Manganoxide) und keramische Festelektrolyte (Beta-Aluminat): Dies umschließt die Prozessentwicklung zur Herstellung einer festen Natrium-Ionen-Kathode bestehend aus Aktivmaterial, Kohlenstoff und Sekundär-Elektrolyt (z.B. Binder, Festelektrolyt). (ii) Geeignetes Zelldesign: Die hergestellte Zelle muss den Funktionsansprüchen stationärer Energiespeicher genügen: 'c-rate' = 0,5 / h, Zell-Spannung ca. 3,6 V, Kapazität größer als 80 mAh/g, Zyklenstabilität = 900 bei 80 % Ah-Retention, Selbstentladung ca. 0 (siehe Keramik-Elektrolyt), keine Brandgefahr nach nail penetration test, Cobalt- sowie Kupfer-freie Materialien. Massenanteil Nickel = 5 %.
Das Projekt "Teilvorhaben: Materialtests mit Verfahrensentwicklung der Schlickerherstellung zum Druckschlickerguss mit dazugehöriger Sinterkurve zur Integration in Na/NiCl2 Hochtemperaturbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Rösler Ceramtec GmbH durchgeführt. Ziel des geplanten F&E Vorhabens ist die Entwicklung von Festkörperelektrolyten aus Na-ß-Aluminat und deren Herstellung durch den keramischen Druckschlickerguss. Das Vorhaben soll bis hin zur industriellen Herstellung von Elektrolyten und den Test in Na/NiCl2-Batteriezellen vorangetrieben werden. Dabei soll die gesamte Technologiekette von der Materialsynthese bis zur Zellintegration abgebildet werden. Ziel sind Fertigungskosten von = 200 €/kWh für Na/NiCl2 Zellen. Im Vergleich zu Li-Ionen Batterien erscheint dieses Ziel aufgrund der geringen Materialgrenzkosten gut realisierbar. Der Lösungsweg beginnt mit der Materialsynthese von Na-ß-Aluminat, die hinsichtlich der technologischen Anforderungen aus der Formgebung optimiert werden muss. Unterschiedliche Rohstoffe und Aufbereitungsschritte werden systematisch zu einer optimalen Lösung entwickelt. Aufbauend auf dem IKTS Knowhow im Bereich Na/NiCl2-Batterien soll um den Festkörperelektrolyten eine funktionstüchtige kommerzialisierbare Vollzelle entworfen, hergestellt und getestet werden. Im geplanten F&E Vorhaben kommen neue Fertigungstechniken für keramische Elektrolyte aus Na-ß-Aluminat zur Anwendung, die eine grundhafte Anpassung der verwendeten Roh- und Hilfsstoffe und deren Prozessführung erfordern. Probleme aus der wässrigen Rohstoffaufbereitung wurden bisher nicht gelöst. Sie werden lediglich durch die aufwendige Prozessführung mit organischen Lösemitteln umgangen. Zur Lösung der technologischen Anforderungen und Erreichung der Ziele wird das Projekt inhaltlich in drei wesentliche technologische Gebiete gegliedert. 1. Materialentwicklung zur Herstellung stabiler, verarbeitbarer, wässriger Na-ß-Aluminat Schlicker 2. Verfahrensentwicklung zur Verarbeitung der Schlicker zu Festkörperelektrolyten mit den erforderlichen mechanischen und elektrochemischen Eigenschaften für den Einsatz in Na/NiCl2 Batterien 3. Zellentwicklung mit angepasstem Design.
Das Projekt "Teilvorhaben: Materialentwicklung für Na-ß-Aluminat Elektrolyse aus dem Druckschlickerguss und Integration in Na/NiCl2 Hochtemperaturbatterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme, Institutsteil Hermsdorf durchgeführt. Ziel des geplanten F&E Vorhabens ist die Entwicklung von Festkörperelektrolyten aus Na-ß-Aluminat und deren Herstellung durch den keramischen Druckschlickerguss. Das Vorhaben soll bis zur industriellen Herstellung von Elektrolyten und den Test in Na/NiCl2-Batteriezellen vorangetrieben werden. Der so realisierte 'Proof of Concept' soll das technische und ökonomische Potential effizient gefertigter Na-Hochtemperaturbatterien demonstrieren. Ziel sind Fertigungskosten von = 200 €/kWh für Na/NiCl2-Zellen. Im Vergleich zu Li-Ionen Batterien erscheint dieses Ziel aufgrund der geringen Materialgrenzkosten gut realisierbar. Der Arbeitsplan beginnt mit der Materialsynthese von Na-ß-Aluminat, die hinsichtlich der technologischen Anforderungen aus der Formgebung optimiert werden muss. Unterschiedliche Rohstoffe und Aufbereitungsschritte werden systematisch zu einer optimalen Lösung entwickelt. Dies geschieht in Rückkopplung mit dem wesentlichen keramischen Verfahrensschritt, der Formgebung durch Druckschlickerguss. Hier soll beginnend von der Designentwicklung für die Festkörperelektrolyte, über die Schlickerentwicklung, die Formentwicklung und den eigentlichen Gießprozess eine vollständige Verfahrensentwicklung durchgeführt werden. Beginnend im Labormaßstab sollen letztendlich große Festkörperelektrolyte für 40 Ah Na/NiCl2-Zellen entwickelt werden. Aufbauend auf dem IKTS Knowhow im Bereich Na/NiCl2-Batterien soll um den Festkörperelektrolyten eine funktionstüchtige kommerzialisierbare Vollzelle entworfen, hergestellt und getestet werden.
Das Projekt "Untersuchung eines Elektro-Kleinbus mit Hochenergiebatterie" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hamburgische Electricitäts-Werke AG, Energiekonzept-Zukunft durchgeführt. Untersuchung der Praxistauglichkeit, des Energieverbrauchs und der Umweltbilanz eines Elektro-Mercedes MB 100E mit Zebra-Batterie. Zwischenergebnisse: Das Fahrzeug ist gut praxistauglich; Es erreicht gute Reichweiten von (150 Km) und gute Fahrdynamik; Im Praxisvergleich zu einem gleichermassen eingesetzten Kfz mit Verbrennungsmotor laesst sich bis zu 20 Prozent CO2 einsparen; Die Batterie erweist sich als zuverlaessig.
Das Projekt "NaNi-Batt - Natrium-Nickelchlorid Batterie - sichere Hochtemperaturzellen für den stationären Gebrauch mit optimierten Leistungskennzahlen und verbesserter Langzeitstabilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Ziel des NaNi-Batt Projektes ist es die sichere, kosteneffiziente, ressourcenschonende und für den stationären Einsatz geeignete Na-NiCl2-Hochtemperaturbatterie (alias ZEBRA-Batterie) in nur 36 Monaten zu einem TRL9-Prototyp mit optimierten Leistungsparametern zu bringen. Insbesondere die Langzeitstabilität der Kathode muss dazu deutlich verbessert werden. Dies wird in einem schlagkräftigen Feedback-Loop aus variierter Kathodenschüttung - Zyklisierung - Analytik - Simulation realisiert, der die komplementären Kompetenzen des Konsortiums aus Forschung und Industrie nutzt.
Das Projekt "Natrium-Nickelchlorid Batterie - sichere Hochtemperaturzellen für den stationären Gebrauch mit optimierten Leistungskennzahlen und verbesserter Langzeitstabilität" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme durchgeführt. Ziel des NaNi-Batt Projektes ist es die sichere, kosteneffiziente, ressourcenschonende und für den stationären Einsatz geeignete Na-NiCl2-Hochtemperaturbatterie (alias ZEBRA-Batterie) in nur 36 Monaten zu einem TRL9-Prototyp mit optimierten Leistungsparametern zu bringen. Insbesondere die Langzeitstabilität der Kathode muss dazu deutlich verbessert werden. Dies wird in einem schlagkräftigen Feedback-Loop aus variierter Kathodenschüttung - Zyklisierung - Analytik - Simulation realisiert, der die komplementären Kompetenzen des Konsortiums aus Forschung und Industrie nutzt.
Das Projekt "Modularer multi-Megawatt multi-Technologie Mittelspannungsbatteriespeicher" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institute for Power Generation and Storage Systems (PGS) durchgeführt. In diesem Vorhaben soll ein modulares Batteriespeichersystem mit fünf parallelen Strängen zu je 1,25 MW Leistung errichtet werden. Drei unterschiedliche Technologien, Blei-Säure (zwei Stränge mit verschiedenen Bauformen), Lithium-Ionen (zwei Stränge mit unterschiedlicher Zellchemie)- und eine Hochtemperatur-Batterie (Natrium-Nickel-Chlorid) werden eingesetzt. Der Anlagenbetrieb wird zunächst gemäß einem wissenschaftlichen Programm durchgeführt, das es erlaubt, belastbare Aussagen zu den Lebensdauerkosten und Einsatzpotenzialen zu tätigen. Dazu gehören neben den eigentlichen Kosten für die Batteriezellen und deren Lebensdauer vor allem auch Peripherien für die Installation der Batterieanlage, welche neben der Unterbringung auch die Batteriemanagement- und Batteriediagnosesysteme sowie das thermische Management (Lüftung, Klimatisierung) und die Integration in bestehende Wärmesysteme enthalten. Diese sollen als fundierte Kostenbasis für die Planung und den Einsatz von Speichern dienen. Es soll zudem ein Präqualifikationsverfahren für Batteriespeicheranlagen zur Teilnahme an Regelenergiemärkten entwickelt und erstmals durchgeführt werden. Für die Marktteilnahme werden geeignete Szenarien entwickelt und erprobt, die in der Folge um Vermarktungsszenarien erweitert werden. Dabei sollen u. a. folgende Einsatzzwecke verfolgt werden: Integration erneuerbarer Energien, z. B. Glättung der Einspeiseleistung von Windkraftanlagen bei Grünstromdirektvermarktung nach Paragraph 33g oder Paragraph 39 EEG; Erprobung einer dezentralen Bereitstellung von Primär- / Sekundärregelleistung, insbesondere im Kontext hoher Anteile erneuerbarer Energien; Spreadhandel. Ein Batteriespeichersystem in der geplanten Leistungsklasse und mit der hohen Modularität zur vergleichenden Demonstration und Erforschung verschiedener Speichertechnologien ist weltweit einmalig und stellt für die beteiligten Firmen und Institutionen eine wichtige Referenz dar.
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