Das Projekt "MagS - Entwicklung und Herstellung von wiederaufladbaren Magnesium-Schwefel Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Helmholtz Institut Ulm (HIU) für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) durchgeführt. Der vorliegende Antrag befasst sich mit der Entwicklung neuartiger Batteriezellen auf der Basis von Magnesium und Schwefel als Aktivmaterialien. Der Fokus wird auf die grundlegende Erforschung und Realisierung von zukünftigen Materialien gelegt, die die Möglichkeit bieten, die Energiedichte über die konventioneller Materialien hinweg zu erhöhen und so die Reichweite von Automobilen und die Integration der Elektromobilität steigern. Es ist darüber hinaus erstmals geplant, Pouchzellen mit industriekompatiblem Format auf der Basis der im Projekt entwickelten Materialien zu bauen und zu testen. Über eine geplante Projektlaufzeit von 3 Jahren wird KIT-HIU federführend mit der Entwicklung und Bereitstellung des Elektrolyten und der Anode zum Projekterfolg beitragen (AP 1). Weiter kooperiert es mit den Industrie- und Forschungspartnern in weiteren Arbeitspaketen, die sich mit der Entwicklung der Kathode (AP 1), der theoretischen Modellierung der Vorgänge im Material (AP 3) und der Gesamtzelle und der Entwicklung und dem Testen von Labor- und Pouchzellen (AP 2 und 4) befassen. Als bisheriger Entwickler und zentraler Know-how Träger der neuen Technologie wird KIT-HIU auch eine beratende Funktion bei den industrierelevanten Tests der Pouchzellen übernehmen. Die Arbeitspakete sind so aufeinander abgestimmt, dass sowohl eine Weiterentwicklung des neuen Systems auf wissenschaftlicher Ebene als auch eine erste technische Entwicklung durch Bau und Test von Pouchzellen möglich ist. Mit dem Bau erster Zellen wird die BRD eine führende Rolle in der Entwicklung dieser neuen Technologie übernehmen. Die Laufzeit des Projektes ist auf drei Jahre ausgelegt. Es gliedert sich in fünf Arbeitspakete mit starken Wechselwirkungen zwischen den einzelnen Arbeitspaketen. Die Erkenntnisse der einzelnen Arbeitspakete werden jeweils wieder den anderen als Input dienen, um so den größtmöglichen Synergieeffekt und das bestmögliche Ergebnis zu erzielen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Messen thermischer Parameter / Wärmeflüsse und Sicherheitstests an Li-Ionen Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Vorhabens 'OptiFeLio' ist es zusammen mit den Partnern Fraunhofer ICT, KIT-wbk, Daimler AG, ZSW, ElringKlinger, GreenIng und Lauffer Pressen die Kosten für Automotive Li-Ionen Zellen und Modulen durch verbesserte Zellgehäuse(-fertigung) zu reduzieren. So wird die Qualität tiefgezogener Batteriepouchfolie und Aluminium Hardcase untersucht und ein funktionsintegriertes Zellgehäuse mit integrierter Kühlstruktur entwickelt. Durch Bestimmung thermischer Parameter an Zellwickeln werden finite Elemente Rechnungen ermöglicht und damit ein tieferes Verständnis der zellinternen Wärmeprozesse generiert. Sicherheitsuntersuchungen an den produzierten Batteriedemonstratoren und ein Notfallkühlsystem auf Zellebene sollen die Marktreife der Projektergebnisse beweisen. 2. Arbeitsplanung Das Fraunhofer ICT führt thermische Messungen an Zellen (auch während der Zyklierung) durch, um Daten für finite Elemente Rechnungen und eine Notfallkühlsystem zu generieren. Weiterhin wird ein Konzept für eine zellinterne Sensorik erstellt und Simulationsergebnisse an den im Projekt entwickelten Zellen mit funktionsintegriertem Gehäuse verifiziert. Die Qualität und Sicherheit der Zellgehäuse wird durch diverse, standardisierte Sicherheitstests untersucht.
Das Projekt "MagS - Entwicklung und Herstellung von wiederaufladbaren Magnesium-Schwefel Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie durchgeführt. Die wesentlichen Aspekte der Zellfertigung in einer produktionstechnisch nahen Umgebung werden in dem hier vorgestellten Mag-S-Teilprojekt 'Zellherstellung' am Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie (ISIT) erforscht. Es soll gezeigt werden, dass die für eine Mg-S-Zelle nötigen neuartigen Materialen in einer auf die Fertigung von Lithium-Ionen Zellen (LIB) ausgelegte Produktionsumgebung zu Elektroden und funktionstüchtigen Vollzellen verarbeitet werden können. Dabei soll auch ausgelotet werden, wie und in welchen Umfang Modifikationen der LIB Produktionsumgebung für eine ökonomische und nachhaltige Herstellung von Mg-S Zellen notwendig sind. Nach erfolgreicher elektrochemischer Validierung der so hergestellten Zellen werden die am ISIT gewonnenen Ergebnisse direkt zum Aufbau von Mg-S Pouchzellen-Demonstratoren im VDA-Standardzellenformat für HEV-Anwendungen verwendet. Ziel des Teilprojektes 'Zellherstellung' ist die Erforschung der Verarbeitungsmöglichkeiten der, durch die Projektpartner hergestellten, neuen Materialien zu Elektroden (AP 2.2) und im Anschluss daran zu Vollzellen (AP 2.3). Sowohl die Herstellung der Elektroden als auch die Zellfertigung sollen in der ISIT Pilotanlagenumgebung bewerkstelligt werden. Daher müssen die bei den Partnern entwickelten (Elektroden)Herstellungsprozesse auf die ISIT Pilotfertigung übertragen und angepasst werden. An signifikanten Punkten werden die einzelnen Prozessschritte durch physikalische und elektrochemische Verfahren überprüft und ggf. die Prozesse iterativ optimiert.
Das Projekt "MagS - Entwicklung und Herstellung von wiederaufladbaren Magnesium-Schwefel Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Institut für Technische Thermodynamik durchgeführt. Ziel dieses Verbundprojektes ist die Demonstration der Leistungsfähigkeit einer neuen Energiespeichertechnologie auf der Basis von Magnesium und Schwefel in einer Industrie-kompatiblen Batteriezelle. Der Beitrag des DLR befasst sich im Wesentlichen auf der Herstellung von Schwefelkathoden für die Mg-S Batterien und mit der Charakterisierung von Batteriekomponenten durch Anwendung unterschiedlicher in situ und ex situ Techniken. Mithilfe der in-situ Röntgendiffraktometrie (XRD) können die Reaktionsvorgänge von Schwefel während der Entladung und Ladung beobachtet werden. Mit der Elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS) werden die während des Zyklierens ablaufenden Zellprozesse und Degradationsvorgänge untersucht. Die sich bildenden Polysulfide beim Entladevorgang sowie die Endprodukte werden mittels UV-VIS-Spektroskopie untersucht. Hierbei sollen die Zwischenprodukte bei unterschiedlicher Entladungstiefe semi-quantitativ erfasst und analysiert werden. Neben experimentellen Arbeiten werden auch Modellierungs- und Simulationsaktivitäten der elektrochemischen Prozesse während der Lade- und Entladevorgängen untersucht. Es werden Kontinuumsansätze zur numerischen Simulation des Verhaltes von Batteriezellen von der Nanometerskala bis zur Zellskala untersucht. Die einsetzende Software BEST erlaubt es, durch Mikrostruktur-aufgelöste Simulationen, Korrelationen der Elektrodenstruktur und der Funktionalität von Batterien zur systematischen Entwicklung von Batterieelektroden zu bestimmen. Die Erkenntnisse fließen direkt in die Entwicklung erster Pouchzellen dieser Batterieart ein. Hierfür wurde ein spezifiziertes VDA-Format mit einer Dimension von 121 x 243 x mm ausgewählt. Die Zellen werden nach anwenderspezifischen Vorgaben belastet. Diese Belastungstests werden nach Vorgabe aus der Industrie bzw. Anwendung von DLR erstellten Lastprofilen für den elektromobilen Stadt-und kombinierten Stadt- und Landverkehr durchgeführt.
Das Projekt "Teilvorhaben A: 'Forschungszellen, Forschungsfertigung'" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von VW-VM Forschungsgesellschaft mbH & Co. KG durchgeführt. Der Ausbau der Elektromobilität in Deutschland wird derzeit durch die mangelhafte Verfügbarkeit kostengünstiger Hochenergiespeicher eingeschränkt. Ziel dieses Projektes ist deshalb die Erforschungen von Lithium-Ionen-Batteriezellen mit den 3 Themen: - lithiummetalloxidbasierte Zellchemien in Hartgehäusezellen für leistungsoptimierte PHEV-Anwendungen mit größer als 170 Wh/kg und größer als 2.200 W/kg - lithiummetalloxidbasierte Zellchemien in Pouchzellen für energieoptimierte BEV-Anwendungen mit größer als 280 Wh/kg und größer als 1.000 W/kg - schwefelhaltige Kathoden für Zellen für elektrische Antriebe mit größer als 310 Wh/kg und größer als 1.000 W/kg. In Sicherheitstests darf ein Hazard Level von 3 nicht überschritten werden. Kosten- und ressourceneffiziente Darstellungsprozesse sind ein weiterer Schwerpunkt des Projektes. Im Projekt werden neuartige Materialien erforscht, die teilweise im vorkommerziellen Stadium sind. Für alle Aktivmaterialien müssen optimale Rezepturen und Verarbeitungsmethoden gefunden werden. Die Zellkonstruktion und Herstellprozesse werden derart angepasst, dass die Erreichung der Projektziele ermöglicht wird. Betrachtet werden dabei auch alle nichtaktiven Zellkomponenten. Dabei ist die Erarbeitung von Dichtungskonzepte für eine 10jährige Lebensdauer ein zentrales Arbeitsgebiet. Schließlich sollen die Zellen gemeinsamen mit den Partnern nach den VOLKSWAGEN-Prüfvorschriften getestet werden. Vielfältige Analysemethoden unterstützen die Forschungsarbeiten dabei intensiv.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung einer Scannereinheit für Flächenprozesse zur Anwendung in hocheffizienten elektrischen Energiespeichern" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ARGES GmbH durchgeführt. Das Ziel im Gesamtverbund ist die gemeinsame Erarbeitung einer Anlage zur verbesserten Pouch-Zellen-Fertigung mit allen wesentlichen Prozessschritten zur Erzeugung spezifischer Oberflächenstrukturen. Resultierend soll der Wirkungsgrad von Lithium-Ionen-Batterien für den Fahrzeugbau erhöht werden. Des Weiteren wird noch eine Wissenserweiterung aller Projektpartner in Bezug auf Lasertechnik und Lasermaterialbearbeitung angestrebt. In diesem Teilvorhaben wird ARGES ein Scansystem inkl. Steuerung und Software zur flächigen Bearbeitung von elektrischen Energiespeichern entwickeln, um in Zukunft als weiteres Standbein Komponenten für die Fertigungslinien in der Automobilindustrie anbieten zu können.
Das Projekt "Teilvorhaben: Zellintegrierte Sensorik und eigensichere Zelle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von GreenIng GmbH & Co. KG durchgeführt. 1. Vorhabenziel Um den derzeit noch hohen Kosten zu entgegnen, ist das Ziel einerseits die Optimierung bestehender Fertigungstechnologien im Hinblick auf die Ausbringungsmenge und die Senkung der Ausschussraten. Auf der anderen Seite sollen im Projektverlauf Produkteigenschaften wie die eingesetzten Materialien, das Design des Gehäuses und das Layout verändert werden, mit dem Ziel ein in Großserie fertigungsgerechtes Produkt zu erhalten, das kostengünstig hergestellt werden kann und die geforderten Standards bezüglich Qualität und Sicherheit einzuhalten vermag. Die Darstellung der erarbeiteten Ergebnisse durch Demonstratoren, die unter seriennahen Bedingungen produziert werden, stellt den Abschluss der Arbeiten dar. 2. Arbeitsplanung Die Ziele des Projekts sollen durch die Weiterentwicklung bestehender Herstellverfahren bei den Gehäusen von Lithium-Ionen-Zellen erreicht werden. Dabei soll im ersten Projektabschnitt der Tiefziehprozess von Aluminiumverbundfolie zu Verpackungshalbschalen bei Pouch-Verpackungen durch Kaltumformen verbessert werden und die Ergebnisse mittels Demonstrator validiert werden. Im zweiten Projektteil ist die Vereinfachung von Fertigungsprozessen bei prismatischen Gehäusen durch den Einsatz neuer Produktdesigns und alternativer Materialien geplant. Durch eine funktionsintegrierte Gestaltung des Zellgehäuses soll zudem die Möglichkeit geschaffen werden, Sensorik zur Überwachung wichtiger Zellparameter auf einfache Weise zu integrieren, um damit zukünftig auftretende Fehlfunktionen aller Art bereits auf Zellebene zu erkennen und entsprechende Gegenmaßnahmen einleiten zu können. Für beide Arten von Zellgehäusen soll ein Notkühlsystem entwickelt werden welches einen sogenannten 'thermal runaway', eine häufige Ursache für Brände von Batteriesystemen, verhindert. Das Sicherheitskonzept arbeitet auf Zellebene und stabilisiert die detektierten, sich in einem kritischen Zustand befindlichen Zellen.
Das Projekt "Teilvorhaben: Konzeptentwicklung zur Automation von Tiefziehprozessen für Verpackungsfolien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Manz AG durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel dieses Projektes ist es, die kostenintensiven Produktionsprozesse bei der Fertigung von Zellgehäusen von Pouch- bzw. prismatischen Zellen Einhalt zu gebieten und somit einen entscheidenden Beitrag zum strategischen Ziel des Spitzenclusters 'Elektromobilität Süd-West' zu leisten. Das Ziel dieses Clusters ist die Umsetzung der Vision einer leistungsfähigen, schadstoffarmen und marktgetriebenen Mobilität. Dabei adressiert der Cluster drei wesentliche Strategiefelder: 'Markt und Kosten', 'Handhabung und Komfort' und 'vernetzte Mobilität' (EBW-14). Einerseits soll dieses Ziel durch die Weiterentwicklung bestehender Herstellverfahren bei den Gehäusen von Lithium-Ionen-Zellen gelingen. Beispielsweise soll im Projektverlauf der Tiefziehprozess von Aluminiumverbundfolie zu Verpackungshalbschalen bei Pouch-Verpackungen durch Kaltumformen verbessert werden und die Ergebnisse mittels Demonstrator validiert werden. Im Speziellen wird Manz ein Konzept erstellen und konstruktiv ausdetaillieren, welches den Anforderungen industrieller Fertigungsprozessen genügt. 2. Arbeitsplanung Über Vorversuche sollen die Anforderungen an Pouchfolien als auch an die Tiefziehwerkzeuge evakuiert und bewertet werden. Anschließend soll ein statischer Versuchstand aufgebaut und betrieben werden. Im letzten Schritt soll ein detailliertes Anlagenkonzept entworfen und konstruiert werden.
Das Projekt "MagS - Entwicklung und Herstellung von wiederaufladbaren Magnesium-Schwefel Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Custom Cells Itzehoe GmbH durchgeführt. Im Rahmen des hier beantragten Projektes 'MagS' haben sich die Verbundpartner das Ziel gesetzt, die Leistungsfähigkeit einer neuen elektrochemischen Energiespeichertechnologie auf der Basis von Magnesium und Schwefel zu erforschen und in einer Industrie-kompatiblen Batteriezelle zu demonstrieren. Experimentelle Untersuchungen und theoretische Studien sollen wichtige Erkenntnisse zum Mechanismus der kaum untersuchten Magnesium-Schwefel Reaktion in einem neuartigen Elektrolyten liefern und Wechselwirkungen der beteiligten Materialien und deren Alterungsverhalten klären. Die Erkenntnisse fließen direkt in die Entwicklung erster Pouchzellen dieses Typs ein. Die wesentlichen Aspekte der Zellfertigung in einer produktions-technisch nahen Umgebung werden in dem hier vorgestellten Mag-S-Teilprojekt 'Zellherstellung und Test' (AP2) vom Fraunhofer Institut für Siliziumtechnologie (ISIT), der Fa. Custom Cells Itzehoe GmbH, dem DLR und der Fa. EL-CELL erforscht und demonstriert. Es soll gezeigt werden, dass die für eine Mg-S-Zelle nötigen neuartigen Materialen in einer auf die Fertigung von Lithium-Ionen Zellen (LIB) ausgelegte Produktionsumgebung zu Elektroden und funktionstüchtigen Vollzellen verarbeitet werden können. Nach erfolgreicher elektrochemischer Validierung der so hergestellten Zelle werden die gewonnenen Ergebnisse direkt zum Aufbau von Mg-S Pouchzellen-Demonstratoren im VDA-Standardzellenformat für HEV-Anwendungen verwendet. Die Analyse und Bewertung der Demonstratorbatterie erfolgt im separaten Arbeitspaket 5 'Anforderungsanalyse und Bewertung der Batterie' (AP5) durch die Partner Custom Cells Itzehoe und Schaeffler.
Das Projekt "MagS - Entwicklung und Herstellung von wiederaufladbaren Magnesium-Schwefel Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EL-Cell GmbH durchgeführt. Die Partner arbeiten in allen Arbeitspaketen auf das Ziel hin, die Leistungsfähigkeit einer neuen Energiespeichertechnologie auf der Basis von Magnesium und Schwefel in einer Industrie-kompatiblen Batteriezelle zu demonstrieren. Dazu ist es erforderlich, materialwissenschaftliche Studien durchzuführen, um die Performance einer bereits erfolgreich demonstrierten ersten Vollzelle weiter zu verbessern. Experimentelle Untersuchungen und theoretische Studien sollen wichtige Erkenntnisse zum Mechanismus der Magnesium-Schwefel Reaktion in einem neuen Elektrolyten liefern und Wechselwirkungen der beteiligten Materialien und deren Alterungsverhalten klären. Die Erkenntnisse fließen direkt in die Entwicklung erster Pouchzellen ein. Die Zellen werden nach anwenderspezifischen Vorgaben getestet und bewertet. Im Konsortium sind Institutionen und Unternehmen beteiligt, die die gesamte Entwicklungskette abdecken. Darüber hinaus planen KMU-Verbundpartner sowohl Einzelkomponenten der entwickelten Zellen in konstanter Qualität als auch neuartige Testmaterialien für die Magnesium-Schwefel-Zellchemie anzubieten um einerseits eine nachhaltige Forschung im Bereich neuer Zellchemien zu ermöglichen und andererseits der aktuellen Abwanderung von Batterie-Know-How vom Standort Deutschland entgegenzuwirken. Der in diesem Vorhaben eingeschlagene Lösungsweg fängt bei Grundlagenuntersuchungen zu Elektrodenmaterialien und Elektrolyten an und endet, nach industrienaher und -kompatibler Herstellung von Pouch-Zellen in definierten Anwendungen. Dazu sind bisher wenige Veröffentlichungen zu diesem Thema bekannt. Aufgrund dieser Tatsachen wurde ein substantieller Arbeitsaufwand für Grundlagenuntersuchungen vorgesehen, welches sich mit der Synthese und Charakterisierung von Batteriekomponenten widmet. Der in fünf Arbeitspakete gegliederte Arbeitsplan bildet die verschiedenen Entwicklungsschritte bis hin zur Herstellung von Pouchzellen und deren Tests ab.
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