BMBF-Projekte

Entwicklung von Gestaltungsrichtlinien für die recyclinggerechte Konstruktion von Batteriesystemen

Projektbeschreibung:
Aktuelle Lithium-Ionen-Batteriesysteme werden speziell hinsichtlich Leistung, Energiedichte und Kosten optimiert. Aspekte eines kreislauf- bzw. recyclinggerechten Designs von Zellen, Modulen und Systemen, insbesondere hinsichtlich einer funktionserhaltenden Refabrikation, werden bislang nicht betrachtet.
Angesichts stark zunehmender batteriesystembedingter Stoffströme durch die Anwendung im wachsenden Markt der Elektromobilität zielt das Projekt auf die systemische Analyse und Ableitung von Gestaltungsrichtlinien für die recyclinggerechte Konstruktion, um geschlossene, effiziente und rohstoffverlustarme Batteriesystemkreisläufe zu ermöglichen.

Laufzeit: 12/2020 bis 11/2023

Projektpartner:

• TU Braunschweig
  Institut für Konstruktionstechnik (IK)
  Prof. Thomas Vietor
  Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF)
  Prof. Christoph Herrmann
  
  
• Fraunhofer IKTS Dresden
  Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
  Prof. Mareike Wolter
  
  
• Universität Bayreuth
  Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik (LUP) - federführend
  Prof. Frank Döpper
  Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme (EES)
  Prof. Michael Danzer

Ansprechpartner LUP - federführend: Dr. Bernd Rosemann, Jan Koller
Ansprechpartner EES: Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer, Tom Rüther

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Website: BMBF Batterieforschung in Deutschland

Projektbeschreibung:

Im Fokus steht hier die Erhöhung und Flexibilisierung der Produktivität der Zellproduktion. Hier wird der Batterieproduktionsprozess ganzheitlich erfasst, seine Produktivität und Qualität sollen durch den Einsatz digitaler Technologien wie der Künstlichen Intelligenz optimiert werden. Schwerpunkte sind dabei: Innovative agile Anlagentechnik, Digitalisierung, Künstliche Intelligenz (KI) in der Produktion sowie virtuelle Produktionssysteme. Hier bringt sich Prof. Dr. Maximilian Röglinger ein, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Wertorientiertes Prozessmanagement und Mitglied der Projektgruppe Wirtschaftsinformatik des Fraunhofer FIT. Zusammen mit den Fraunhofer-Instituten IGCV und ISC sowie der TH Aschaffenburg bearbeitet er die Erweiterung der Batteriezellfertigung um KI-gestütztes Prozessmonitoring auf Basis einer generischen Systemarchitektur. Der Nutzen für die Batteriezellproduktion liegt in einer geringeren Ausschussrate, welche die Kosten senkt und die Gesamtanlageneffektivität steigert. Zudem liefert das Vorhaben einen Beitrag zur Nachhaltigkeit durch Steigerung der Produktqualität und Reduktion des Ressourcenverbrauchs in den Bereichen Energie und Material. Dieser Beitrag ist zudem nötig auf dem Weg zu einer nachhaltig produzierten Batterie, die dennoch marktwirtschaftlich konkurrenzfähig ist.

Laufzeit: 10/2020 - 09/2023

Projektpartner:

• Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV

• Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

• Technische Hochschule Aschaffenburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Labor für Simulation und hybride Modellierung

• Universität Bayreuth, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Wertorientiertes Prozessmanagement

Ansprechpartner: Prof. Dr. Maximilian Röglinger, Dominik Fischer, Christina Leinauer

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen der Formierung und des End-of-Line Tests zur funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung (FormEL)

Projektbeschreibung:

Ziel des Forschungsvorhabens zur Ermittlung von Prozess-Qualitäts-Beziehungen für die Zellformierung und des End-of-Line Tests zur funktionsintegrierten Gesamtprozessoptimierung (FormEL) ist die Optimierung und Zusammenführung der finalen Prozesse bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Herkömmliche Formierungen und End-of-Line-Tests (EOL-Tests) dauern mehrere Stunden bis zu mehreren Tagen und sind mit erheblichen Kosten verbunden. In FormEL werden die Zellformierung und der EOL-Test hinsichtlich Zeit, Kosten und Qualität verbessert. Durch das Projekt soll der Einfluss der Formierprozedur und des EOL-Tests auf die resultierende und diagnostizierte Zellqualität untersucht werden. Die ermittelten Prozess-Qualitäts-Beziehungen werden zur Entwicklung detaillierter Simulationsmodelle und die Optimierung der beiden Prozessschritte, mit dem Ziel einer funktionsintegrierten Zusammenführung, genutzt. Die experimentellen Tests und detaillierten Simulationsmodelle ermöglichen systematische Untersuchungen zur Identifikation der entscheidenden Prozessparameter und Optimierung des Gesamtprozesses. Dies soll sowohl zu einer gesteigerten Zellqualität als auch zu einer verringerten Prozesszeit und somit zu einer Kostenreduktion führen.

Laufzeit: 08/2020 bis 07/2023

Projektpartner:

• TU Braunschweig, elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme

• WWU Münster, MEET Batterieforschungszentrum

• RWTH Aachen, Production Engineering of E-Mobility Components (PEM)

• TU München, Lehrstuhl für Elektrische Energiespeicher (EES)

• Universität Bayreuth, Juniorprofessur für Methoden des Batteriemanagements

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Fridolin Röder, Felix Schomburg

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Website: Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion – ProZell - FormEL

Aerosoldeposition zur Herstellung von Batterien mit gradierter Kathode (FB2-AdBatt)

Projektbeschreibung:

Aufgrund ihrer hohen gravimetrischen und volumetrischen Energiespeicherdichte werden Festkörperbatterien mit einer metallischen Lithiumelektrode und einem keramischen Festelektrolyten als nächster Schritt der Batterieentwicklung angesehen. Das Projekt FB2-AdBatt zielt darauf ab, Batteriezellen mit stufenlos gradierten Mischkathoden durch die aerosolbasierte Kaltabscheidung herzustellen. Hierbei wird das Batteriedesign durch elektrochemische Messungen charakterisiert und modellbasiert optimiert, um kritische Batterieeigenschaften, wie z.B. die Stromtragfähigkeit und die Energiedichte zu maximieren. Die Weiterentwicklung des Beschichtungsverfahrens bietet die Grundlage für die ökonomische Evaluation hinsichtlich einer industriellen Umsetzung.

Laufzeit: 11/2021 bis 10/2024

Projektpartner:

• Universität Bayreuth, Lehrstühle für Funktionsmaterialien (FM) und Elektrische Energiesysteme (EES)
• Universität des Saarlands, Arbeitsgruppe für Struktur- und Funktionskeramik
• Karlsruher Institut für Technologie, IAM-MMI Werkstoffmechanik 1

Ansprechpartner FM - federführend: Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos

Ansprechpartner EES: Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer