Das Projekt "IBÖ-02: Bio-basierte Elektrolyten und Elektroden für Redox-Flow-Batterien" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Das in diesem Projekt angestrebte Produkt ist eine bio-basierte Redox-Flow-Batterie. Redox-Flow-Batterien sind ein spezieller Batterietyp, der sich besonders dadurch auszeichnet, dass Leistung und Speicherkapazität unabhängig voneinander skalierbar sind. Aufgrund dieses Vorteils sowie der langen Lebensdauer, niedrigen Selbstentladungsrate, günstigen Kosten und flexiblen Auslegung wird diese Technologie als sehr vielversprechend für die Zwischenspeicherung von volatilem regenerativem Strom gesehen. Stand der Technik ist die sogenannte Vanadium-Redox-Flow-Batterie, die auf Elektrolyten mit Vanadiumsalzen basiert, die allerdings aufgrund der hohen Kosten, Korrosivität und Giftigkeit problematisch sind. Stattdessen sollen sie in diesem Projekt durch bio-basierte Elektrolyten ersetzt werden, die vorwiegend aus in Pflanzen vorkommenden redoxaktiven Verbindungen bestehen. Auch die Elektroden der Batterie sollen durch bio-basierte Materialien ersetzt werden, die durch Carbonisierung von Pflanzenfasern hergestellt werden. Die Sondierungsphase ist in drei Arbeitspakete aufgeteilt. Zunächst sollen Vorversuche durchgeführt werden, in denen wichtige Informationen zur technischen Realisierbarkeit der Produktidee gewonnen werden. Dazu werden elektrochemische Versuche an zum Einsatz in Redox-Flow-Batterien vorgesehenen biologischen Verbindungen durchgeführt. Parallel dazu wird eine umfangreiche Markt- und Konkurrenzanalyse durchgeführt, die auch die Schutzrechtssituation umfasst. Außerdem soll während der Sondierungsphase die Machbarkeitsphase geplant und geeignete Partner dafür gesucht werden.
Das Projekt "Teilprojekt: SOC-Monitoring und Elektrolyt-Alterung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von DECHEMA Forschungsinstitut Stiftung bürgerlichen Rechts durchgeführt. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Das Projekt "Teilprojekt: Methoden zur gezielten Alterung und Optimierung der Membranen - Umsetzung in die Praxis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von FUMATECH BWT GmbH durchgeführt. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Das Projekt "EXIST-Forschungstransfer: Home-Battery - Batterien zur Stromeigenversorgung in Einfamilienhäusern mit PV-Dachanlagen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Vanadium-Redox-Flow-Batterien sind eine vielversprechende Alternative für stationäre elektrische Energiespeicher, die kostengünstiger und langlebiger sind, als die Markt verfügbaren Blei- und Lithium Batterien. Ziel des Vorhabens ist die Gründung eines Unternehmens, welches elektrische Energiespeicher auf Basis von Redox-Flow Technologie herstellt. Durch die vom zu gründenden Unternehmen zu kommerzialisierende Innovationen ist es möglich Redox-Flow-Stacks mit neuartigen Produktionstechnologien herzustellen, die die Kosten senken und die Produktionsqualität erhöhen. Da die Bipolarplatte, eine Kernkomponente der Batterie, selbst entwickelt wurde, muss die Produktionstechnik dafür aus dem Labormaßstab in den Fertigungsmaßstab überführt und in einem parallelem Verbesserungsprozess das vorhandene Potential des Materials ausgenutzt werden. Weiterhin muss die Produktionstechnik für den Stackbau entwickelt und prozesssicher beherrscht werden. Im Rahmen der geförderten Projektphase soll weiterhin die Auslegung einer Kleinserienfertigung erfolgen, um den Kapitalbedarf einer Gründung belastbar abschätzen zu können. Ausgehend von dem erbrachten Proof of Principle soll ein Prototyp entwickelt werden, der in der Kleinserienfertigung das erste Produkt des Unternehmens darstellen soll.
Das Projekt "Teilprojekt: Optimierung der Elektroden - Transfer in industrielle Praxis" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SGL Carbon SE durchgeführt. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Das Projekt "Teilprojekt: Aufklärung von Degradationsprozessen an VRFB-Membranen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Institut für Anorganische Chemie durchgeführt. Das Teilprojekt 'Aufklärung von Degradationsprozessen an VRFB-Membranen' ist eingebunden in das Verbundprojekt DegraBat, welches sich mit den Degradations- und Alterungsmechanismen der Zellkomponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) beschäftigt. Die Membran als zentrales Bauteil der Zelle verhindert eine Durchmischung der Elektrolyte und ist für den Ladungsausgleich zwischen beiden Halbzellen verantwortlich. Änderungen der Leitfähigkeit, der Permabilität gegenüber Vanadiumionen oder mechanische Schädigungen haben daher unmittelbare Auswirkungen auf die Leistung, Energie- bzw. Ladungseffizienz oder führen zu einem kompletten Ausfall der Zelle. Innerhalb des Teilprojektes werden sowohl Anionen- als auch Kathionentauschermembrane systhematischen Alterungs- und Degradationstests unterzogen und deren Auswirkungen mit einem breiten Methodenspektrum analysiert. Ziel des Projektes ist es dabei neben der Aufklärung der schädigenden Prozesse, standardisierte Verfahren zur beschleunigten Alterung zu entwickeln und die Datenbasis für modellbasierte Lebensdauerprognosen zu liefern.
Das Projekt "Teilprojekt: Produktionstechniken für Redox-Flow-Stacks und innovative Steuer- und Leistungselektronik" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Die Redox-Flow-Batterietechnologie erfüllt alle Voraussetzungen für effiziente stationäre Energiespeichersysteme. Im Projekt EPRox4 werden Redox-Flow Stacks durch neues Design und innovative Produktionsverfahren in Kosten und Zuverlässigkeit verbessert, eine flexible Fertigungslinie in Deutschland wird aufgebaut. In der zweiten Innovationslinie des Projekts wird ein modulares Redox-Flow-Anlagenkonzept auf der Basis von 'smarten' Stacks entwickelt und umgesetzt. Diese Module haben die Netzankopplung, Steuerungs- und Überwachungsintelligenz bereits integriert und können zu Batteriesystemen aller Größenordnungen konfiguriert werden. Am ICT werden hierfür neuartige Technologien untersucht, RFB Stacks zu fertigen. Zu den Stacks im Batteriemodul werden Performancedaten für das BMS gemessen und die Firma Schmalz beim Aufbau der Module unterstützt. Das IISB unterstützt drei Teilziele: Entwicklung eines intelligenten, dezentralen und modular einsetzbaren DC-DC Wandlers, Entwicklung einer Elektronik für die Überwachungs- und Regelfunktionen des Plattformmoduls und Verifikation der Komponenten in einem Demonstrator und Entwicklung von Optimierungspotentialen. Der Stackbau erfolgt in drei Entwicklungspfaden. Im ersten Pfad werden konventionelle Fertigungsverfahren untersucht. Im Zweiten werden neuartige Materialien entwickelt, welche ein Fügen der Rahmen durch schweißen oder kleben ermöglicht. In einem dritten Entwicklungspfad wird der Einsatz von Gusmassen für die Fertigung untersucht. Das IISB entwickelt einen modulintegrierbaren, bidirektionalen DC/DC- Wandler zur DC-Ankopplung von Stacks. Schaltungstopologie und das Verhältnis von Kosten zu erzielbarem Wirkungsgrad werden optimiert. Es werden die Überwachungselektronik, die Steuerungselektronik, das Batteriemanagementsystem und das Kommunikationsmodul entwickelt. Anhand eines Demonstrators wird die Einsatzfähigkeit des modularen Redox-Flow Batteriekonzepts im Einspeise- und Ladebetrieb des Batteriesystems untersucht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Fraunhofer ICT" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie durchgeführt. Ziel des Gesamtvorhabens ist die Entwicklung einer Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) als Hausspeicher für Privathaushalte. Für diesen Speicher soll im Teilvorhaben 'Elektrolyt' eine Vanadium-Elektrolytlösung entwickelt werden, welche eine höhere Energiedichte sowie eine höhere Temperaturstabilität aufweist. Das Fraunhofer ICT wird das Teilvorhaben im Verbund mit der Firma SCHMID durchführen. Im Projekt soll zunächst eine Optimierung der anwendungsrelevanten Eigenschaften bestimmter Elektrolytzusammensetzungen im Vergleich zu einem Modellelektrolyten erfolgen. Zur Erhöhung der VRFB-Elektrolytstabilität unter extremen Betriebsbedingungen (hohe und tiefe Temperaturen) werden Additive eingesetzt. Grundlegende Fragestellungen die Elektrochemie der neuartigen Elektrolytformulierungen an filz- bzw. faserartigen Elektroden betreffend, werden ebenfalls untersucht.
Das Projekt "Teilprojekt: Entwicklung von Testzellen zum Monitoring von Alterungsprozessen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von balticFuelCells GmbH durchgeführt. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) ist eine vielversprechende Technologie, um Speicherkapazität für eine Stundenreserve günstig bereitzustellen. In der VRFB wird ausschließlich Vanadium in vier Oxidationsstufen eingesetzt. Dies schließt die Kreuzkontamination der Redoxpaare aus und erhöht die Lebensdauer der Batterie. Nachteilig sind die Korrosivität des Elektrolyten und die damit verbundenen Materialanforderungen sowie die Selbstentladung der Batterie. Um die Materialentwicklung für alle Komponenten, d.h. Elektroden, Elektrolyt, Membran, Bipolarplatten und Dichtungen, voranzutreiben, müssen deren Degradationsprozesse im Betrieb verstanden werden. Darauf aufbauend sollen Verfahren entwickelt werden, um in anwendungsnahen Materialtests eine beschleunigte Alterung herbeizuführen. Die Ergebnisse sollen in ein Modell eingepflegt werden, um die Kosten auf die Lebensdauer eines Systems abzuschätzen und um die Betriebsweise so anzupassen, dass die Lebensdauer erhöht wird. Die Komponenten von Vanadium-Redox-Flow-Batterien (VRFB) werden einzeln und in ihrem Zusammenwirken auf ihr Degradationsverhalten untersucht. Dazu werden Alterungsprozesse identifiziert, Parameterabhängigkeiten definiert und daraus Protokolle erstellt. An Langzeit-Testständen gealterte Komponenten werden mit im Betrieb gealterten Komponenten von industriellen Partnern verglichen. Es werden Methoden zur gezielten und beschleunigten Alterung entwickelt. Die Degradation der Komponenten wird mit ex-situ und on-line Methoden untersucht. Es wird ein Modell erstellt, das Vorhersagen über die Langzeitstabilität und Kosten für VRFB-Systeme ermöglichen soll. Die Projektpartner bilden einen großen Teil der VRFB-Komponenten ab und den beteiligten Unternehmen werden wissenschaftliche Partner an die Seite gestellt. Die Projektpartner arbeiten interdisziplinär und übergreifend zusammen, so dass die Ergebnisse verifiziert werden können und eine breite Datenbasis zur Verfügung steht.
Das Projekt "Teilvorhaben: Aufbau / Inbetriebnahme Redox Zelle im Gesamtsystem" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT durchgeführt. Aktuell werden Energiespeicherung und Systemdienstleistungen zur Gewährleistung einer sicheren und stabilen Stromversorgung technisch noch in getrennten Elementen/Baugruppen realisiert. Im Rahmen des Verbundprojekts HybKomp wird eine technisch neue Lösung demonstriert, welche die einzelnen Baugruppen in einem System vereint. Ziel ist eine hybride Kompensationsanlage, bestehend aus zwei Speicherelementen - einer Redox-Flow-Batterie und einem Schwungmassenspeicher -, mit einem frei parametrierbaren Stromrichter sowie entsprechenden Mess-, Steuerungs- und Kommunikationseinrichtungen. Der neue Hybridkompensator lässt sich optimal an die benötigte Einspeiseglättung und die erforderlichen Systemdienstleistungen zu geringen Investitionskosten anpassen. In einem ersten Schritt werden die Anforderungen an den Hybridkompensator spezifiziert. Dies geschieht durch Analyse, elektrotechnische Modellierung und Simulation eines Beispiel-Verteilnetzes in den Gebieten der am Projekt beteiligten Netzbetreiber. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen wird zunächst ein Kleinleistungsaufbau des Hauptumrichters im Laborumfeld realisiert. Der Aufbau dient als Plattform für die Erforschung, Implementierung und Validierung der benötigten Funktionalitäten und Algorithmen. Um die Funktionsfähigkeit im realen Netzbetrieb zu testen und Maßnahmen zu optimieren, wird nach erfolgreicher Laborerprobung der Einzelkomponenten ein Feldaufbau in Haßfurt errichtet. Fraunhofer UMSICHT entwickelt und fertigt im Rahmen des Projektes eine 40 kW Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB). Das Batteriesystem wird in einem 20 Fuß-Container errichtet und wird eine Speicherkapazität von ca. 30 kWh haben. Es kommen großformatige, vollverschweißte und somit dichtungsfreie Batteriestacks zum Einsatz. Um das Batteriesystem in das Gesamtkonzept des Hybridkompensators integrieren zu können, wird eine geeignete Betriebsführung der Batterie erarbeitet und in das Steuerungskonzept überführt.
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