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Teilprojekt 8

Das Projekt "Teilprojekt 8" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von SolarSpring GmbH durchgeführt. Das Gesamtziel des Projektes ist am Beispiel der bei Covestro aus der Kunststoffherstellung anfallenden NaCl-haltigen Prozesswässer angepasste und maßgeschneiderte Recyclinglösung zu entwickeln und zu testen. Hierzu testet und entwickelt SolarSpring Membrandestillationsmudule für hohe Salzkonzentrationen. Hauptaugenmerk ist das auftretende Wetting näher zu untersuchen und aufbauend auf dem vorhandenen Modulbau Know how ein passendes Plattenmodul zu konstruieren, welches eine integrierte Spülung zur Regeneration der Membran besitzt. Das Modul wird mit realem Prozesswasser von Covestro unter möglichst realen Bedingungen getestet. Ein Scale Up des MD-Moduls für einen Einsatz in einem Werk von Covestro ist das übergeordnete Ziel des Projektes.

Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse

Das Projekt "Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität München, Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften durchgeführt. Lithium-Ionen Zellen gelten als Befähiger der Energiewende. Um die Fertigungskosten der Zellen zu reduzieren, gilt es, wirtschaftliche Prozesse für die Befüllung der Zelle mit Elektrolytflüssigkeit und das anschließende Wetting zu erarbeiten. Haupthebel hierfür ist die Reduktion der Zeitspanne zwischen dem Beginn der Befüllung und dem Abschluss des Wettings. Dies führt zum obersten Ziel des Projektes: Die Durchlaufzeit einer Zelle im Bereich Befüllung und Wetting soll im Rahmen des Projektes um 50 % reduziert werden. Grundvoraussetzung für eine zielgerichtete Prozessoptimierung ist ein methodisch aufgebautes und beschriebenes Prozessverständnis. Ein Teilziel stellt die Erarbeitung von Simulationsmodellen des Befüllungsprozesses dar. Zunächst werden Referenzprozesse aufgenommen, um die Prozessverbesserungen technologisch und wirtschaftlich bewerten zu können. Die Benetzungsphänomene, die die Elektrolytbefüllung dominieren, werden zunächst im Einzelblattversuch erarbeitet und anschließend auf Vollzellen übertragen. Unterstützt durch statistische Versuchsmethodik werden in umfangreichen Versuchsreihen Befüllung sowie Wetting optimiert und anhand der Referenzprozesse validiert. Die Ursache-Wirkungszusammenhänge werden in allgemein gültiger, abstrahierter Form beschrieben. Für das Simulationsmodell der Befüllung wird die Fluidbewegung im Zellgehäuse mit einer Brinkman-Zweiphasenströmung berechnet. Dies ermöglicht es, neben dem Einfließen der Flüssigkeit auch die Verdrängung des Gases in der Zelle zu berücksichtigen. Die Aufnahme der Flüssigkeit in den Zellstapel wird von einem weiteren Projektpartner simuliert und in das Modell integriert.

Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse

Das Projekt "Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik durchgeführt. Gesellschaftliche Relevanz: Vor dem Hintergrund der steigenden Relevanz von elektrischen Speichertechnologien für mobile und stationäre Anwendungen kommt der wirtschaftlichen Herstellung von geeigneten Batterien in hoher Stückzahl eine wesentliche Bedeutung zu. So spielt bei der Fertigung von Elektrofahrzeugen die Batteriezellherstellung sowohl aus Kosten- als auch aus Umweltsicht eine zentrale Rolle. Die Befüllung ist hierbei aufgrund der langen Lagerzeit ein hoher Kapitalbindungsfaktor. Die in Cell-Fi untersuchten Fertigungsprozesse stellen daher entscheidende Schritte in Richtung konkurrenzfähiger Energiespeicher dar. Insgesamt soll das Vorhaben dazu beitragen, die Rolle Deutschlands auf dem Forschungsgebiet der Batteriezellproduktion zu stärken und auch im internationalen Vergleich eine führende Rolle einzunehmen. Problemstellung: Die Befüllung einer Lithium-Ionen-Batterie (LIB) mit Elektrolytflüssigkeit und das anschließende Wetting stellen die Schnittstelle zwischen Zellmontage und Formierung dar. Trotz des hohen Potentials für Durchsatzerhöhung und Kostensenkung sowie eines wissenschaftlich unklaren Einflusses auf Qualitätsmerkmale der Lithium-Ionen-Batterie wurde der Untersuchung der Elektrolytbefüllung bisher kaum wissenschaftliche Aufmerksamkeit zuteil. Es sind zwar Best-Practice-Lösungen vorhanden, doch welche Vorgänge die Befüllung und das Wetting dominieren und wie diese beschleunigt werden können, ist bislang noch nicht systematisch erfasst worden. Die Benetzbarkeit als Materialeigenschaft der Einzelkomponenten, jedoch sind diese in der Regel entkoppelt vom Produktionssystem und den Verarbeitungsmechanismen betrachtet worden. Es sind Best-Practice-Lösungen vorhanden, doch welche Vorgänge die Befüllung und das Wetting dominieren und wie diese beschleunigt werden können, ist bislang noch nicht systematisch erfasst worden. Auch die Simulation des Befüllprozesses wurde, trotz zahlreicher Ansätze zur Simulation von Strömungen in porösen Strukturen in anderen Bereichen, bislang nicht thematisiert. Lösung durch den Verbund: Im Rahmen des Projektes Cell-Fi wird daher der Themenkomplex Befüllung und Wetting erstmals wissenschaftliche untersucht. Dafür werden die verarbeitungsrelevanten Eigenschaften der Grundkomponenten ermittelt. Betrachtet werden sowohl die Elektrolyt-, als auch die Elektroden- und Separatoreigenschaften. In diesem Zusammenhang werden auch die bei der Packagebildung relevanten mechanischen Separatoreigenschaften analysiert. Das Prozesswissen zur Befüllung und Wetting wird anschließend sowohl an Pouch-, Rund- als auch prismatischen Hardcasezellen erarbeitet, um die Einflüsse des Zelldesigns zu ermitteln. Durch die Untersuchung der verarbeitungsbedingten Veränderungen der Elektrolyteigenschaften, den Aufbau eines Referenzsystems insbesondere für Separatoren und deren Implementierung in Simulationsmodelle kann das erarbeitete Wissen auf andere Zellgeometrien und -bauweisen übertragen werden. (Text gekürzt)

Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse

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.

Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse

Das Projekt "Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Westfälische Wilhelms-Universität Münster, MEET Batterieforschungszentrum durchgeführt. Die Arbeitsziele der WWU Münster gliedern sich in zwei Aspekte. Zum einen soll der Elektrolyt im Rahmen der Befüllung charakterisiert werden. Hierzu werden chemische umfassende Eingangscharakterisierungen vorgenommen, die dann nach den verschiedenen Befüllungsschritten um elektrochemische Untersuchungen ergänzt werden sollen. Begleitend zu den nachfolgenden elektrochemischen Verfahren werden auch die chemischen Verfahren der Eingangscharakterisierung verwendet, um kontinuierlich den Alterungszustand des Elektrolyten hinsichtlich der verschiedenen Parameter (Befüllung, Zyklenverhalten) zu monitoren. Die Erkenntnisse werden entsprechend an die Partner hinsichtlich des Befüllungsschritts weitergeleitet, bieten aber auch erstmals einen Einblick in die Elektrolytstabilität in Abhängigkeit der Befüllung. Zum anderen werden Eigenschaften (Gurley Zahl, Tortuositäten) des Separators welche mit verschiedenen Techniken quantitative erfasst werden und die Wechselwirkung mit dem Elektrolyten (Kontaktwinkel, Impedanzmessungen) bestimmt. Außerdem wird die elektrochemische Performanz in Abhängigkeit der Befüllung und des Separators bestimmt. Mithilfe dieser Charakteristika soll es möglich sein eine geeignete Befüllung für den entsprechenden Separator vorherzusagen.

Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse

Das Projekt "Cell-Fi: Beschleunigung der Elektrolytaufnahme durch optimierte Befüllungs- und Wettingprozesse" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik durchgeführt. Das Ziel des Teilvorhabens am Fraunhofer ITWM ist die Entwicklung und Anwendung von physikalisch basierten Simulationstechniken zur detaillierten Bewertung der Befüll- und Wettingzeit bei der Elektrolytbefüllung von Batteriezellen um eine simulationsgestützte Fertigungsoptimierung bei der Befüllung zu ermöglichen. Dazu werden am ITWM physikalische Multiskalenmodelle und numerische Methoden entwickelt, die prädiktive Computersimulationen des Befüllungsvorgangs erlauben und für die spezifischen im Projekt Cell-Fi betrachteten Batteriezellen zur Anwendung gebracht. Es wird ein prädiktives, physikalisches Simulationsmodell des Befüllungsprozesses erarbeitet werden. Dies erfolgt auf zwei Skalen: der makroskopischen Zellskala und der mikroskopischen Skala der Elektrodenstrukturen. Unter Berücksichtigung der Elektrolyteigenschaften können mit letztgenanntem Zugang basierend auf den Mikrostrukturen der Elektroden und des Separators Effektivwerte beispielsweise für Permeabilitäten Kapillardruckkurve und Strömungswiderstände in Abhängigkeit der Benetzungseigenschaften bestimmt werden. Diese Effektivgrößen werden für Rechnungen auf der Zellskala benötigt, womit dann Aussagen über den Zeitablauf der Befüllung, sowie die Sättigungsverteilung getroffen werden können. Die Herasuforderungen liegen in der gekoppelten mehrphasigen Füllsimulation durch eine teilwiese poröse Struktur. Mit der Simualtionsmethodik werden Simulationsstudien durchgeführt, die zu einem besseren Verständnis der relevanten Einflussfaktoren führen.

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