Das Projekt "Teilvorhaben: TU Dresden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Dresden, Institut für Werkstoffwissenschaft (IfWW), Professur für Anorganisch-Nichtmetallische Werkstoffe (ANW) durchgeführt. Gesamtziel ist die Entwicklung und Umsetzung eines völlig neuartigen Batteriekonzeptes, der die Vorteile der bisherigen Na-S-Hochtemperaturbatterien (z.B. Kosten und Verfügbarkeit) mit der Performance moderner Lithium-Ionenbatterien, jedoch auf Na-Ionenbasis, im Niedertemperaturbereich verknüpft. Dazu müssen neue Elektroden-bzw. Separatormaterialien entwickelt und bezüglich ihrer Interaktion und Degradationsstabilität in verschiedenen neuartigen Elektrolyten untersucht werden. Darüber hinaus werden geeignete Verfahren der Werkstoffherstellung und der Fertigung dieser Komponenten zu Niedertemperatur-Na-S-Batterien generiert. Die Ziele sollen durch die außerordentlich enge Vernetzung mehrerer Professuren der TU Dresden mit verschiedenen Instituten der Fraunhofer Gesellschaft, dem Leibniz-IFW Dresden e.V. und der TU Bergakademie Freiberg erreicht werden. Der Arbeitsplan sieht eine 'bottom up' Strategie von der Materialentwicklung und Charakterisierung über die Werkstoffprozessierung hin zur Systementwicklung und -charakterisierung vor. Die universitären Einrichtungen arbeiten dabei vorwiegend grundlagenorientiert auf dem Gebiet der Materialentwicklung für einen völlig neuen Batterietyp. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden unmittelbar in die anwendungsorientierte Forschung überführt. Entscheiden ist die interaktive Zusammenarbeit zu allen Zeitpunkten und auf allen Ebenen des Gesamtvorhabens.
Das Projekt "Teilvorhaben: FhG Dresden" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik durchgeführt. Gesamtziel ist die Entwicklung und Umsetzung eines völlig neuartigen Batteriekonzeptes, der die Vorteile der bisherigen Natrium-Schwefel-Hochtemperaturbatterien (z.B. Kosten und Verfügbarkeit) mit der Performance moderner Lithium-Ionen-Batterien, jedoch auf Na-Ionenbasis, im Niedertemperaturbereich verknüpft. Dazu müssen neue Elektroden- bzw. Separatormaterialien entwickelt und bezüglich ihrer Interaktion und Degradationsstabilität in verschiedenen neuartigen Elektrolyten untersucht werden. Darüber hinaus werden geeignete Verfahren der Werkstoffherstellung und der Fertigung dieser Komponenten zu Niedertemperatur-Natrium-Schwefel-Batterien generiert. Die Ziele sollen durch die außerordentlich enge Vernetzung mehrerer Professuren der TU Dresden mit verschiedenen Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft, dem Leibniz-IFW Dresden und der TU Bergakademie Freiberg erreicht werden. Der Arbeitsplan sieht eine 'bottom up'-Strategie von der Materialentwicklung und Charakterisierung über die Werkstoffprozessierung hin zur Systementwicklung und -charakterisierung vor. Die universitären Einrichtungen arbeiten dabei vorwiegend grundlagenorientiert auf dem Gebiet der Materialentwicklung für einen völlig neuen Batterietyp. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden unmittelbar in die anwendungsorientierte Forschung überführt. Entscheiden ist die interaktive Zusammenarbeit zu allen Zeitpunkten und auf allen Ebenen des Gesamtvorhabens.
Das Projekt "Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Lehrstuhl für Production Engineering of E-Mobility Components durchgeführt. Das vorliegende Teilvorhaben des Gesamtvorhabens Cell-Fi hat die Erlangung tiefgehender Kenntnisse über den Einfluss verschiedener Separatoren auf das Wetting und grundlegende Erkenntnisse zur Prozessierbarkeit des Separators sowie dessen Einfluss auf die Zelleigenschaften und die Lebenszykluskosten zum Ziel. Durch die Parametervariation und die daraus resultierenden Prozess-Eigenschafts-Beziehung lässt sich die Qualität gezielt beeinflussen und Qualitätsschwankungen minimieren. Die zu schaffende Datenbasis soll als Entscheidungshilfe dienen den passenden Separator für die jeweilige Anwendung zu selektieren. Die Betrachtung des Separators bietet großes Potential sowohl kostensenkende (Standzeiten minimieren, Elektrolyt-Additiveinsatz minimieren, Einkaufspreis minimieren) als auch qualitätssteigernde (Lebensdauer, Sicherheit, Performance) Erkenntnisse zu erlangen und trägt somit zu einer wirtschaftlichen Batterieproduktion einen erheblichen Beitrag. UAP 0.1 Projektübergreifendes Anforderungsmanagement: In diesem Arbeitspaket werden projektübergreifende Anforderungen definiert. Dies umfasst die Detaillierung und Quantifizierung der Zielgrößen sowie der Prozessrandbedingungen. UAP 0.2 Definition der Ausgangsmaterialien und -situation: In diesem Arbeitspaket werden die Versuchsträger definiert, die im weiteren Verlauf eingesetzt werden. UAP0.3 Definition der Messmethodik Festlegung der Messmethodik zur Bestimmung der Separatoreigenschaften UAP 0.4 Management der Schnittstellen zu weiteren Cluster-Teilprojekten: Inhalt dieses Arbeitspaketes ist der Austausch zu den anderen Cluster-Teilprojekten. UAP 1.4 Untersuchung und Verarbeitung Separatoren: In diesem Arbeitspaket werden anhand der definierten Messmethodiken die verarbeitungsrelevanten Separatoreigenschaften ermitelt. Anschließend werden die Separatoren verglichen. UAP3.4 Entscheidungstool und Ergebnisauswertung Erarbeitung des Entscheidungstools und Ergebnisauswertung.
Das Projekt "Teilprojekt: Prozess- und Produktentwicklungen für PHEV-Zellkomponenten" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Litarion GmbH durchgeführt. Die Evonik Litarion stellt am Verbundstandort Kamenz Komponenten für Hochenergie-Li-Ionen Batterie für die Fahrzeugindustrie her. Im Rahmen des Projektes sollen Fertigungskonzepte für die automatisierte Herstellung von Batteriezellen für zukünftige Elektrofahrzeuggenerationen (Plug-In Hybridfahrzeuge) über neue technologische Entwicklungsansätze entlang der Wertschöpfungskette untersucht werden. Das Ziel des der Evonik Litarion ist die industrielle Grundlagenforschung an ausgewählten prozess- und materialtechnologischen Fragestellungen für die Herstellung von chemischen Batteriezellkomponenten. Das betrifft in erster Linie die trägermaterialbasierten Komponenten wie Elektroden und Batterieseparatoren. Die Schwerpunkt der Arbeiten innerhalb des Projektes sind wie folgt aufgegliedert: AP 1.1 Komponentenkonfiguration für Plug-In Hybrid Nutzprofile, AP 1.2 Entwicklung von Konzepten für eine erweiterte Produkthygiene, AP 1.3 Inline Sonderprozessmesstechniken und Qualitätssicherungsmethoden, AP 1.4 Werkstoffwissenschaftliche Konzepte für optimierte Elektrodenkonfigurationen, AP 1.5 Elektrodenstrukturgestaltung und -analyse.
Das Projekt "SepaLiS - Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Brückner Maschinenbau GmbH durchgeführt. 1. Vorhabenziel Ziel des Gesamtvorhabens ist es, durch neue Komponenten und ein innovatives Zelldesign Lithium-Schwefel-Zellen mit drastisch erhöhter Stabilität zu entwickeln. Ziel dieses Teilvorhabens ist die Entwicklung eines geeigneten Polyolefin-Separators für den Einsatz in zukünftigen Lithium-Schwefel-Zellen. Die Eigenschaften der Trägermembran sollen so optimiert werden, dass eine Veränderung der Oberfläche durch Beschichtung bei gleichzeitig ausreichend hoher mechanischer Stabilität für die Weiterverarbeitung im Zellbau möglich ist. Hierfür wird die Eignung verschiedener Rohstoffe evaluiert und durch Veränderung der Herstellungsparameter das benötigte Eigenschaftsprofil eingestellt. 2. Arbeitsplan AP3 Separatorentwicklung AP3.1 Entwicklung Trägermembran AP3.6 Herstellung im Rolle zu Rolle Verfahren.
Das Projekt "Silicium Graphite goes Industry" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EL-Cell GmbH durchgeführt. Das Projekt Siggi verfolgt drei Ziele: (1) Es sollen drei Ansätze zur Strukturierung der Si/C-Anode untersucht werden. Ziel ist, durch ein kohlenstoffbasiertes Stützgerüst eine volumenstabile Anode zu entwickeln, wobei die Materialkomposite mit Graphit kombiniert werden sollen. Das Silizium wird hierfür in unterschiedlichen Partikelgrößen und Oberflächenfunktionalisierungen hergestellt. (2) Die manuelle Assemblierung erzeugt eine Verfälschung der Messergebnisse, die durch den subjektiven Einfluss des Experimentierenden entstehen. Um die damit einhergehenden Defizite der Reproduzierbarkeit auszugleichen soll eine Automatisierungsanlage zur Herstellung von Testzellen im Laborformat erarbeitet werden. (3) Das dritte Projektziel besteht in der Konzeption eines Systems zur Datenerfassung, -speicherung, -verarbeitung und -auswertung für Daten der Fertigung, Materialien und fertigen Batteriezellen. Der Arbeitsplan des Projektes Siggi gliedert sich in zwei Hauptbestandteile: Die neue Si/C Anode soll durch die gezielte Modifikation und Integration der Aktivmaterialien in eine als Stützgerüst fungierende Stützmatrix erreicht werden. Ziel ist insbesondere, durch ein kohlenstoffbasiertes Stützgerüst eine volumenstabile Anode zu entwickeln, wobei die Materialkomposite noch zu unterschiedlichen Anteilen mit Graphit kombiniert werden sollen. Das Silizium wird hierfür in unterschiedlichen Partikelgrößen und Oberflächenfunktionalisierungen hergestellt. Das derzeit favorisierte Konzept der Automatisierungsanlage sieht vor, eine miniaturisierte Roboterzelle aufzubauen. Auf dieser Grundfläche sollen ein miniaturisiertes Robotersystem, Sensor-Stationen, Elektroden- und Separatorenmagazine und Dosiereinheiten untergebracht werden. Die Kommunikation mit dem Bedieninterface erfolgt drahtlos. Beim Entwurf der Bediensoftware wird besonders auf die Intuitivität gelegt, um den Einarbeitungsaufwand möglichst gering zu halten. Es ist geplant, eine Tablet-basierte Lösung zu erarbeiten.
Das Projekt "Teilvorhaben: Leibniz-Institut" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden e.V. durchgeführt. Gesamtziel ist die Entwicklung und Umsetzung eines völlig neuartigen Batteriekonzeptes, der die Vorteile der bisherigen Na-S-Hochtemperaturbatterien (z.B. Kosten und Verfügbarkeit) mit der Performance moderner Lithium-Ionenbatterien, jedoch auf Na-Ionenbasis, im Niedertemperaturbereich verknüpft. Dazu müssen neue Elektroden- bzw. Separatormaterialien entwickelt und bezüglich ihrer Interaktion und Degradationsstabilität in verschiedenen neuartigen Elektrolyten untersucht werden. Darüber hinaus werden geeignete Verfahren zur Herstellung und Fertigung dieser Komponenten zu Niedertemperatur-Na-S-Batterien generiert. Die Ziele sollen durch die außerordentlich enge Vernetzung mehrerer Professuren der TU Dresden mit verschiedenen Instituten der Fraunhofer Gesellschaft, dem Leibniz-IFW Dresden e.V. und der TU Bergakademie Freiberg erreicht werden. Der Arbeitsplan sieht eine 'bottom up' Strategie von der Materialentwicklung und Charakterisierung über die Werkstoffprozessierung hin zur Systementwicklung und -charakterisierung vor. Die universitären Einrichtungen arbeiten dabei vorwiegend grundlagenorientiert auf dem Gebiet der Materialentwicklung für einen völlig neuen Batterietyp. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse werden unmittelbar in die anwendungsorientierte Forschung überführt. Entscheiden ist die interaktive Zusammenarbeit zu allen Zeitpunkten und auf allen Ebenen des Gesamtvorhabens.
Das Projekt "SepaLiS - Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGS Germany GmbH durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist es, durch neue Komponenten und ein innovatives Zelldesign Lithium-Schwefel-Zellen mit drastisch erhöhter Stabilität zu entwickeln. Ziel dieses Teilvorhabens ist es, dabei die Risiken von Lithium-Schwefel-Batterie-Zellen unter Berücksichtigung der Einflüsse beim Transport und im Fahrzeug-Einsatz, einzuschätzen. Das soll dazu beitragen das Risiko mit vertretbarem Aufwand durch zellinterne und externe Schutz-Maßnahmen auf ein gesellschaftlich akzeptables Maß zu begrenzen. Eine Zelle mit 400 Wh/kg über 500 Zyklen als Prototyp für automobile Anwendungen soll als finales Gesamt-Projektergebnis demonstriert werden. Die Erreichung dieses Ziels, verbunden mit einer Einschätzung zur Sicherheit im Vergleich zu Lithium-Ionen-Zellen, wäre ein wichtiger Meilenstein für die Etablierung der Li-S-Technologie für Elektrofahrzeuge. Die SGS arbeitet in AP1 (Zelldesign und Zielvorgaben) und im AP 7 (Tests und Evaluierung) mit. SGS koordiniert außerdem AP 7. Arbeiten des Teilvorhabens: Sicherheit: Anforderungen, Schutzmaßnahmen, Tests und Evaluierung Zelle, Rückschlüsse auf Zellverbund.
Das Projekt "SepaLiS - Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Bayerische Motorenwerke AG durchgeführt. Um eine erfolgreiche Marktdurchdringung von Elektroantrieben zu ermöglichen, ist es notwendig, die Energiedichte von Batterien für höhere Reichweiten deutlich zu steigern. Hierzu ist es notwendig an neuartigen Elektrodenaktivmaterialien zu forschen, die über das Stadium der aktuellen Lithium-Ionen Technologie hinausgehen. Lithium-Schwefel-Batterien zeichnen sich durch hohe gravimetrische Energiedichten und potentiell geringeren Materialkosten im Vergleich zu Li-Ionen-Batterien aus, sie sind aber noch im Forschungsstadium. Im Rahmen des Projekts SepaLiS sollen die Komponenten einer Lithium-Schwefel Zelle erforscht und entwickelt werden, mit dem Ziel am Ende der Projektlaufzeit eine Prototypenzelle mit einer Energiedichte von 400 Wh/kg und einer Zyklenstabilität von größer als 500 Zyklen darzustellen. Das besondere Interesse von BMW liegt in der Erforschung des Potentials von Lithium-Schwefel Zellen für teil- und vollelektrische Serienfahrzeuge. Gleichzeitig wird darauf geachtet die Sicherheit von Lithium-Schwefel Zellen zu bewerten, da eine Verringerung des aktuellen Sicherheitsstandards für neue Generationen von HV-Speichern ausgeschlossen ist. BMW wird aus den aktuellen Anforderungen an Elektrofahrzeuge Ableitungen zu Sicherheitsanforderungen und Schutzmaßnahmen, Systemvorgaben und Zelldesign vornehmen und kontinuierlichen Input zu den F&E Arbeiten liefern. Gemeinsam mit den Projektpartnern wird BMW eine zielgerichtete Testmatrix erstellen, um die Zellen zu validieren. Nach Aufbau der Prototypen-Zellen durch die Projektpartner wird BMW mit den realisierten Zelldaten eine Hochrechnung von Zellniveau auf Batteriepackniveau vollziehen. Am Ende des Vorhabens wird BMW durch Zelltests der Prototypenzellen die Erfüllung der Kriterien, die zu Beginn des Projekts vermittelt wurden, abgleichen und stimmt mögliche Einsatzszenarien im Automotive-Bereich ab. Die Konsortialführerschaft übernimmt der Fraunhofer Institut IWS in Dresden.
Das Projekt "SepaLiS - Neue Separatorbeschichtungen und adaptiertes Zelldesign für zyklenstabile Lithium-Schwefel-Zellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik durchgeführt. Lithium-Schwefel-Batterien zeichnen sich durch hohe gravimetrische Energiedichten und geringe Materialkosten im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien aus. Damit ist diese Zellchemie äußerst attraktiv für zukünftige Speicherlösungen, insbesondere zur Steigerung der Reichweite von Elektrofahrzeugen. Größte Herausforderung stellt die geringe Lebensdauer der Zellen dar. Ein Grund für die geringe Stabilität ist die Degradation der Lithium-Metall-Anode, die zur Dendritenbildung neigt und an deren Oberfläche Elektrolytzersetzung und Reaktionen mit Polysulfiden beobachtet werden. Die Herausforderung besteht in der Entwicklung neuer Konzepte durch die sich die Anode effektiv schützen und die Kontaktfläche zum Flüssigelektrolyten minimieren lassen. Ziel des Verbundvorhabens ist es daher, durch neue Komponenten und ein innovatives Zelldesign Lithium-Schwefel-Zellen mit drastisch erhöhter Stabilität zu entwickeln. In diesem Teilvorhaben sollen insbesondere ionenselektive Separatoren für die Lithium-Schwefel-Zellen entwickelt werden. Diese beschichteten Separatoren werden als Schlüsselkomponente für stabile Li-S-Zellen gesehen. Für die Entwicklung kommen neue Schichtmaterialien zum Einsatz und es werden geeignete Beschichtungstechnologien evaluiert. Für die Verarbeitung von Lithium-Anoden in Verbindung mit den neuen Separatoren wird die Entwicklung neuer Konzepte inklusive Anlagentechnik vorgeschlagen. Schwefel/Kohlenstoff-Kathoden werden an diesen Zelltyp angepasst und hinsichtlich hoher Energiedichten und maximaler Schwefelausnutzung optimiert. Test- und Prototyp-Zellen auf Basis der neuen Zellkomponenten werden am IWS aufgebaut und für umfangreiche Tests bei den Partnern zur Verfügung gestellt. Neue Gehäuseentwicklungen (EK) werden dabei begleitet und berücksichtigt. Am ICT wird neben der Herstellung und Charakterisierung von Hochenergieschwefelkathoden insbesondere die Effektivität der ionenselektiven Membranen bewertet.
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