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 "PoreKEL-NIB - Poröse, keramische Elektrolyte in Natrium-Ionen-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Leipzig, Institut für Technische Chemie durchgeführt. Die Entwicklungsziele des Teilprojektvorhabens der Universität Leipzig (UNIL) lassen sich zu vier Schwerpunkten zusammenfassen: (I) Die erste wesentliche Zielstellung bildet die Entwicklung neuartiger makroporöser Trägermaterialien aus beta'-Aluminat mit kontrollierter Porosität und Phasenbestand im Form von Platten bzw. Flachmembranen durch Nutzung drei verschiedener Technologien: (1) Sol-Gel-Synthese (2) Erzeugung s.g. Controlled Porous Keramiken (CPK) (3) via anodische Oxidation gebildetes Aluminiumoxid (AAO). Dazu ist die Übertragung der für a-Aluminiumoxid erhaltenen individuellen Routen auf das System Li2O-Na2O-Al2O3 (Sol-Gel, AAO) bzw. Li2O-Na2O-B2O3-Al2O3 (CPK) vorgesehen. (II) Den zweiten Schwerpunkt stellt die Erzeugung von dichten beta'-Aluminat Schichten durch eine neuartige Sol-Gel-Route unter Verwendung von Zitronensäure als Templat in Verbindung mit einer optimalen thermischen Nachbehandlung dar. (III) Daran anschließend erfolgt die Entwicklung einer Technologie zur Herstellung offenporiger, einseitig verschlossener, poröser keramischer Dünnschichtelektrolyte (PKDE) durch Fügung der dichten Schichten und porösen Trägermaterialien jeweils aus beta'-Aluminat. Im Ergebnis entsteht der neuartige mehrschichtige Elektrolyt auf Basis von porösem beta'-Aluminat für Natrium-Ionen-Batterien als Hauptentwicklungsziel des Teilprojekt-vorhabens. (IV) Die letzte Zielstellung im Teilprojektvorhaben der UNIL stellt - im Ergebnis der Zellentwicklung und elektrochemischen Charakterisierung beim Projektpartner Fraunhofer IKTS sowie eigener Erkenntnisse aus der Charakterisierung verschiedener anwendungsrelevanter textureller und struktureller Eigenschaften - die Auswahl des optimalen beta'-Aluminat basierenden Trägersystems und Herstellung der s.g. proof-of-concept-Elektrolyte dar.
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 "Untersuchung von Injektionsmaterialien und Dichtwandmassen zur Sanierung kontaminierter Standorte" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Dynamit Nobel durchgeführt. Mit Chemikalien verunreinigte Boeden stellen eine Gefahr fuer das umgebende Grundwasser dar. Sie sollen sowohl mit vertikalen als auch horizontalen Abdichtungen eingekapselt werden. Zur vertikalen Abdichtung sind Dichtwaende auf Basis Sand, Ton und speziellen Additiven vorgesehen. Die untere horizontale Abdichtung soll durch injizierte Weichgele erfolgen. Bei den zur Anwendung geplanten Weichgelen handelt es sich um solche auf Basis Natriumsilikat und Natriumaluminat, aber auch um aehnliche umweltfreundliche neue Entwicklungen, falls sich eine verminderte Resistenz der ersteren gegenueber Schadstoffangriff herausstellen sollte. Das gleiche gilt fuer die vertikale Umschliessung. In Teil I des Vorhabens sind die Laborarbeiten zusammengefasst. In Teil II sollen die erhaltenen Ergebnisse zeitversetzt an einem Freigelaendeversuch erprobt werden.
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 "Reduzierung umweltbelastender Stoffe bei der Herstellung eloxierter Aluminiumprodukte durch Einsatz des Mikrosatinierens" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Kühl Eloxal GmbH durchgeführt. Ziel dieses Projektes war es ein der E6-kompatibles Finish gemäß DIN 17611 durch eine mechanische anstatt einer chemischen Vorbehandlung zu erreichen. Dies ist aus umweltrelevanter Sicht wünschenswert, da hierdurch der Eintrag von Natriumaluminat, Natriumhydroxid und Aluminiumhydroxid in die Abwässer stark vermindert werden kann, sowie signifikante Erhöhung der Energieeffizienz des Eloxierverfahrens erreicht wird. Des Weiteren sollten bisher nicht retuschierbare Oberflächendefekte wie Stegabzeichnungen, Schweißnähte und Fehlstellen entfernt werden können. Daraus ergibt sich eine verbesserte Bauteilqualität und somit ein verminderter Ausschuss. Mittels der Mikrosatinieren genannten Verfahrenskombination aus Stahlen mit feiner Edelstahlkügelchen und stark verkürzter Beizdauer können seidenmatte Eloxaloberflächen erreicht werden, welche mit herkömmlich E6 gebeizten Oberflächen mindestens vergleichbar sind. Ein wesentlicher Vorteil sind die erzielten homogeneren Oberflächen, welche herstellungsbedingte Fehler wie Schweißnähte, Stegabzeichnungen und Ziehriefen, als auch mechanische Schäden wie Kratzer und Einkerbungen stark vermindern. Durch die stark verkürzte Beizzeit ergeben sich umweltrelevante Einsparungen der Beize (ca. 50%) und der entstehenden Abwasserschlämme (ca. 66%).
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| Bund | 8 |
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