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Elektrokatalysatoren fuer Membranbrennstoffzellen

Das Projekt "Elektrokatalysatoren fuer Membranbrennstoffzellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Institut für Chemische Technologie durchgeführt. a) Herstellung und Optimierung von Elektrode-Membran-Verbuenden fuer die Membranbrennstoffzelle. Es wurde ein Spruehverfahren zur Herstellung von Elektrode-Membran-Verbuenden entwickelt. b) Optimierung der Elektrodenstruktur der Kathode fuer den Betrieb mit Luft bei 1 bar. c) Entwicklung und Charakterisierung von ternaeren Katalysatoren fuer die Direkt-Methanol-Brennstoffzelle auf der Basis Pt/Ru. d) Herstellung von verbesserten makroporoesen Luftelektroden.

ALIBATT - Al-Ionen-Batterie mit hoher volumetrischer Energiedichte für die Elektromobilität

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.

Teilvorhaben: Kathoden- und Vorrichtungskonzept

Das Projekt "Teilvorhaben: Kathoden- und Vorrichtungskonzept" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SITEC Industrietechnologie GmbH durchgeführt. Die wesentliche Zielstellung des Teilvorhabens der SITEC besteht in der Konzipierung einer völlig neuartigen Werkzeug-Kathode, die durch voneinander isolierte Funktionsflächen sowie eine intelligente Kontaktierung die prozesszustandsabhängige Bestromung ermöglicht, sodass am Werkstück unterschiedliche Bearbeitungsschritte simultan in einer Aufspannung durchgeführt werden können. Darüber hinaus besteht eine weitere Zielstellung des Teilvorhabens darin, ein Vorrichtungskonzept zu erarbeiten, durch das die Einsatzfähigkeit der Kathode für die Bearbeitung von mindestens zwei verschiedenen Konturen an einem Werkstück und somit die Funktion der SwitchECM-Technologie validiert werden kann. Die Aufgaben untergliedern sich in sieben Arbeitspakete (AP). Im ERSTEN AP werden die Einflusskriterien der SwitchECM-Technologie analysiert sowie grundlegende Eingangsgrößen und Zielkriterien quantifiziert. Das ZWEITE AP dient der konzeptionellen Erarbeitung der SwitchECM-Technologie. Dies umfasst die Untersuchung der Synergie- bzw. Beeinflussungseffekte in den unterschiedlichen Abtragbereichen, die Erarbeitung von Konzepten zur intelligenten Bestromung bzw. Isolation der Kathoden sowie zur Elektrolytführung. Im DRITTEN AP werden Abtraguntersuchungen zum Funktionsnachweis der SwitchECM-Technologie vorbereitet. AP VIER beinhaltet die Auslegung und Konstruktion konkreter SwitchECM-Kathoden. Hierbei stellt neben der Auslegung des Kathodenkörpers und der Werkstück-Vorrichtung vor allem die Realisierung der Isolation eine Herausforderung dar. Im FÜNFTEN AP werden die Kathoden sowie die Werkstückvorrichtung aufgebaut und in Betrieb genommen. Dies beinhaltet auch die Integration der erarbeiteten Messtechnologie sowie die Anbindung der Prozessenergiequelle. Das SECHSTE AP dient der Validierung der SwitchECM-Kathode bzw. der SwitchECM-Technologie durch Abtraguntersuchungen. Im AP SIEBEN wird eine Bewertung des SwitchECM-Ansatzes nach technologischen Kriterien durchgeführt.

Teilvorhaben: Synthese und elektrochemische Charakterisierung des Kathodenmaterials

Das Projekt "Teilvorhaben: Synthese und elektrochemische Charakterisierung des Kathodenmaterials" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Stuttgart, Institut für Polymerchemie, Lehrstuhl für Makromolekulare Stoffe und Faserchemie durchgeführt. Im Projekt sollen Schwefel/Polyacrylnitril (SPAN)-Komposite untersucht werden. Der SPAN-Komposit soll als monolithischer-, Faser- sowie als Monolith/Faser-Hybrid-Komposit ausgestaltet sein und charakterisiert werden. Die erhaltenen Ergebnisse sollen mit der chemischen Struktur und Morphologie korreliert und für weitere Optimierungen herangezogen werden. Neben der Polymersynthese für das Monolith-Design und die Monolith-Synthese (Anpassung der Porosität), müssen dazu faserbasierte Hybrid-PAN-Materialien, die Infiltration der PAN-basierten Hybridmaterialien mit Schwefel, die Umwandlung in SPAN, die Charakterisierung der SPAN-Materialien, adressiert werden. Analysen werden Rasterelektronen-mikroskopie, XRD-Analysen, Analysen zur Ausrichtung und Porosität, thermische Analyseverfahren sowie XPS-Verfahren beinhalten. Neuartige Copolymere auf PAN-Basis sowie PAN-basierte Polymermischungen werden entwickelt um Fasern mit unterschiedlichem Dehnungsverhältnis und Titer für monolithische faserbasierte Hybrid-SPAN-Materialien zu erhalten. lonische Flüssigkeiten (ILs) sollen für den Einsatz als Elektrolyte in Li-S-Batterien entwickelt und hergestellt werden. Schließlich sollen elektrochemische Lade- und Entladetests, die mit realen Bedingungen vergleichbar sind, im Hinblick auf die Anwendung im Bereich Elektromobilität durchgeführt werden. Vier Doktoranden werden für die gesamte Polymersynthese, für das Monolith-Design und die Monolith-Synthese, für die Synthese der faserbasierten Hybrid-PAN-Materialien, die Infiltration der PAN-basierten Hybridmaterialien mit Schwefel, deren Umwandlung in SPAN, für die Optimierung des Schwefel-Gehalts, die Charakterisierung der SPAN-Materialien, den Bau der elektrochemischen (Halb-) Zellen bzw. der Batterien sowie für die gesamten elektrochemische Prüfungen, welche Langzeitmessungen bis zu 1500 Zyklen, die Entwicklung maßgeschneiderter Messprotokolle sowie Messungen des Innenwiderstandes umfassen, zuständig sein.

Teilvorhaben: Anodenmaterialien, Materialforschung und Zellkonzepte

Das Projekt "Teilvorhaben: Anodenmaterialien, Materialforschung und Zellkonzepte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von INM - Leibniz-Institut für neue Materialien gGmbH durchgeführt. Das Projekt HyBaCap hat die Entwicklung effizienter, Hybrid-Energiespeicher zum Ziel, die eine hohe Leistung (größer als 10 kW/kg) mit hoher Energie (größer als 50 Wh/kg) verbinden. Die nanoskalige Hybridisierung von porösem Kohlenstoff mit Batterie-Elektrodenmaterialien ermöglicht eine Erhöhung der Energie von Superkondensatoren, während zugleich eine höhere Leistung als bei Batterien erreicht wird. Die HyBaCap Zellen werden durch gezielte Optimierung der Anode, Kathode und des Elektrolyten umfassend auf die Anforderungen der Elektromobilität ausgelegt. Zyklenstabilität und Lebensdauer werden auch bei höheren Temperaturen (bis 100 Grad Celsius) evaluiert. Durch die komplementäre Expertise von Bosch (Kathode), INM (Anode) und IOLITEC (Elektrolyt) kann somit erstmals eine vollständige Zelloptimierung erreicht werden. Das INM wird insbesondere neuartige nanoporöse Kohlenstoffe entwickeln und 2D nanolamellare Metallkarbide als Anodenmaterialien entwickeln. Am INM werden Anodenmaterialien entwickelt werden, insbesondere drei Gruppen von Kohlenstoffmaterialien: karbid-abgeleitete Kohlenstoffe (CDC), novolak-abgeleitete Kohlenstoffe (NovoCarb) aus kostengünstigen Präkursoren und Kohlenstoffnanozwiebeln (OLC). Darüber hinaus werden kommerzielle Aktivkohlen untersucht werden. Ein völlig neuartiges Anodenmaterial stellen MXene dar, welches eine erst kürzlich entwickelte Gruppe von 2D-nanolamellaren Metallkarbiden und -karbonitriden ist. Umfangreiche Materialcharakterisierung und elektrochemische Messungen werden durch in situ Experimente ergänzt. Skalierte elektrochemische Pouch-Zellen und die Einbindung des INM InnovationsZentrum stellen den Technologietransfer für Anwendungen sicher.

Teilvorhaben: B1-Bergische Universität Wuppertal

Das Projekt "Teilvorhaben: B1-Bergische Universität Wuppertal" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bergische Universität Wuppertal, Fakultät für Maschinenbau und Sicherheitstechnik, Lehrstuhl Strömungsmechanik (LSM) durchgeführt. Durch den stark ansteigenden Anteil an regenerativen Energien ist eine Flexibilisierung der Prozesse bei der Elektrolyse zwingend erforderlich. Ohne das tiefere Verständnis der Vorgänge bei der Modulation wäre weiterhin der Bedarf an stationär betriebenen Dauerlastkraftwerken über Jahre zwingend erforderlich. Im Rahmen des Projektes sollen das thermische und magneto-hydrodynamische Verhalten von Elektrolysezellen unter flexibler Fahrweise untersucht werden. Durch die Entwicklung und Anwendung eines Simulationsmodells lassen sich Betriebsgrenzen hinsichtlich der Modulation ermitteln, wodurch Optimierungen in der praktischen Elektrolyse ermöglicht werden. Diese betreffen beispielsweise die Materialverbindung zwischen der Kohlenstoffkathode und der Stromführungsschiene, welche sowohl mit Hilfe des Rechenmodells vom LSM als auch experimentell durch den LWT zu untersuchen ist. Der Wechsel der hohen Stromlast und die thermische Variation aufgrund der Flexibilisierung führen zu einer noch unbekannten Materialbelastung in der sensiblen Kathodenverbindung. Die Qualität dieser Verbindung hat maßgeblichen Einfluss auf die Stromverteilung in der Kathode und ist damit in starkem Maße verantwortlich für die Prozessstabilität und Effizienz der Zelle. LSM: Aufbau eines Modells zur Beschreibung der gekoppelten thermisch-elektromagnetischen Vorgänge, Implementierung in CFD-Code, Untersuchung des Einfluss einer Modulation auf die Betriebsweise/-grenzen der Zelle, Untersuchung des Einflusses von externen Stromführungsschienen und Optimierung von Anoden- und Kathodendesign mittels des Rechenmodells LWT: Begutachtung der derzeitig angewandten Verbindungstechnik zwischen Kathoden und Stromführungsschienen im Hinblick auf variable Lasteinbringung, Bestimmung, Evaluation und Optimierung der relevanten Prozessgrößen, Anpassung und Optimierung des Gießprozesses bzw. des Designs.

FLIB: Materialforschung an LiMPO4 für Lithium-Ionen Batterien

Das Projekt "FLIB: Materialforschung an LiMPO4 für Lithium-Ionen Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Heidelberg, Kirchhoff-Institut für Physik durchgeführt. Ziel des Vorhabens ist ein verbessertes Verständnis von Kathodenmaterialien in Lithium-Ionen-Batterien. Trotz einer Vielzahl an Untersuchungen zur Synthese, Struktur, elektrochemischen oder Transporteigenschaften existieren nur wenige fundamentale thermodynamische Untersuchungen. Insbesondere betrifft dies experimentelle Daten zur Wärmekapazität, zur Wärmeausdehnung und zum Transport entlang der verschiedenen Kristallrichtungen von einkristallinen Modellsystemen. Im Ergebnis erlauben diese Messungen die Untersuchung der anisotropen Eigenschaften ohne Störungen durch Oberflächen, die in den üblicherweise untersuchten Pulvermaterialien auftreten. Das Projekt widmet sich daher der Untersuchung von einkristallinen Modellsystemen, wobei die grundlegende Charakterisierung und Messungen des ionischen Transportes an der Universität Heidelberg stattfinden werden, wohingegen Untersuchungen der Wärmekapazität und der thermischen Transporteigenschaften durch den ägyptischen Projektpartner an der Universität Fayoum durchgeführt werden.

HiPoCat: Highly Porous Cathodes for Lithium Air Batteries

Das Projekt "HiPoCat: Highly Porous Cathodes for Lithium Air Batteries" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von AIT Austrian Institute of Technology GmbH durchgeführt. The aim of the HiPoCat project (Highly Porous Cathodes for Lithium-Air Batteries) is to evaluate metal-organic frameworks (MOFs) and zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) for use as new precursors for cathode materials for Li-air batteries. Through pyrolysis of the highly microporous MOFs and ZIFs, cathode materials with high electronic conductivities, reactivity, and corrosion resistance will be synthesized. Furthermore, thermal analysis and kinetic modelling approaches will be used to determine the pyrolysis parameters leading to optimal porosities. The cathode materials that are developed in this work will be combined with suitable electrolytes and electrolyte additives to assemble Li-air batteries which display specific capacities, coulombic efficiencies, and rate-capabilities which are significantly higher than those of the conventionally used carbon-based cathodes. Additionally, the porous gas-diffusion cathodes will be produced using a lower number of synthesis steps and environmentally-friendly aqueous solvents, which will be a technological first in Austria.

Entwicklung und Evaluierung alkoholtoleranter platinbasierter Kathodenkatalysatoren für Direktalkohol-Brennstoffzellen-Anwendungen

Das Projekt "Entwicklung und Evaluierung alkoholtoleranter platinbasierter Kathodenkatalysatoren für Direktalkohol-Brennstoffzellen-Anwendungen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Ziel des Projekts ist die Entwicklung von Kathodenkatalysatoren mit einer erhöhten Toleranz für Alkohole insbesondere Methanol für die Anwendung in Direktalkohol-Brennstoffzellen. Gleichzeitig sollen Methoden evaluiert bzw. entwickelt werden, mit denen sich der Effekt des Einsatzes solcher Katalysatoren besser bestimmen lassen kann, z.B. im Hinblick auf die Freisetzung von Nebenprodukten. In einer ersten Projektphase sollen beim argentinischen Partner INIFTA modifizierte Platinkatalysatoren mit erhöhter Methanoltoleranz synthetisiert und grundlegend charakterisiert werden (AP 1). Parallel dazu sollen beim Fraunhofer ICT unterschiedliche elektrochemische Methoden im Hinblick auf die Aussagekraft der Ergebnisse zur Sauerstoffreduktionsaktivität in Anwesenheit von Methanol evaluiert werden. Auch soll überprüft werden ob sich die am Fraunhofer ICT vorhandenen DEMS Anlagen durch kleinere Modifikationen zur Bestimmung etwaiger Nebenprodukte nutzen lassen (AP2). In der zweiten Projektphase sollen geeignete Methoden für die Testung der Katalysatoren des INIFTA genutzt werden um mit den Ergebnissen weitere Optimierungen vornehmen zu können (AP 3). Schließlich sollen ausgewählte Katalysatoren zu Membran-Elektrodeneinheiten verarbeitet werden und der Effekt der Methanoltoleranz in Einzelzellentests validiert werden (AP4).

Optimierung der Kathoden-Pulvereigenschaften wie thermische Sicherheit und Lebensdauer durch Core-Shell-Technologie und/oder Modifizierung der chemischen Zusammensetzung

Das Projekt "Optimierung der Kathoden-Pulvereigenschaften wie thermische Sicherheit und Lebensdauer durch Core-Shell-Technologie und/oder Modifizierung der chemischen Zusammensetzung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Toda Kogyo Europe GmbH, Büro Goslar durchgeführt. Toda Kogyo ist für die Optimierung der Lithiumnickel-mischmetalloxide verantwortlich. Ausgangspunkt sind die von Toda Kogyo bereits kommerziell vertriebenen Materialien. Zur Optimierung der Pulvereigenschaften werden sowohl chemische Variationen der Pulver (z.B. Dotierungen) als auch physikalische Modifikationen betrachtet. Ein Schwerpunkt soll hier in der Optimierung der Grenzfläche zwischen Kathodenmaterial und Elektrolyt, welche maßgeblich die kalendarische Lebensdauer als auch die Sicherheit der Zelle beeinflusst, liegen. In diesem Kontext kann insbesondere einem Coating der Kathodenpulver (Core-Shell-Technologie) eine besondere Bedeutung zukommen. Bereitstellung erster, kommerzieller Muster. Detaillierte Analyse der Muster (Elementverteilung, Kristallgitterstruktur, post-mortem-Analysen etc.). Bewertung der Muster in Testzellen (Lebensdauer, Kapazität, Sicherheit). Bereitstellung verbesserter Muster und deren Untersuchung (s.o.). Lithiummischmetalloxide kommen bereits kommerziell in Li-ionen Systemen zum Einsatz . Durch Modifikation dieser Materialien ist eine sehr schnelle Einführung für den automobilen Markt möglich. Im Projekt zu generierende Patente sichern IP-Rechte

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