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Bayerisches Zentrum für Batterietechnik (BayBatt)

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BMBF-Projekte

Batterie-Kompetenzcluster Analytik / Qualitätssicherung (AQua)Einklappen

Analyse der Hysterese und Alterung von Aktivmaterial via Kalorimetrie und Dilatometrie (HysKaDi)


Projektbeschreibung:

Im Rahmen des BMBF-Kompetenzclusters Analytik und Qualitätssicherung (AQua) befasst sich das Projekt HysKaDi mit der Analyse der Hysterese und Alterung von Aktivmaterialien mit den Methoden der Kalorimetrie und Dilatometrie. Aktivmaterialien der nächsten Generation wie Silicium (Si) und Li- und Mn-reiche NCMs (LMR-NCM) weisen bei der (De-)Lithiierung eine erhebliche Hysterese im Ruhepotential auf. Die Hysterese hat durch die Spannungsdifferenz nicht nur eine verminderte Effizienz zur Folge, sondern führt durch die Verluste zusätzlich zu einer höheren Wärmelast. Silicium-basierte Anodenmaterialien weisen neben der Hysterese eine signifikante Volumenausdehnung beim Laden auf, die zu einer mechanischen Belastung der Partikel und somit der Elektrodenstruktur führt. Beide Effekte werden im Projekt mittels Kalorimetrie zur Bestimmung der generierten Wärme und mittels Dilatometrie zur Bestimmung der Volumenausdehnung untersucht. Durch die Korrelation der Wärmegeneration, des Dilationsverhaltens sowie des Ruhespannungsverlaufs und der Hysterese wird ein vertieftes Verständnis der Aktivmaterialien der nächsten Generation von Lithium-Ionen-Batterien angestrebt.

Laufzeit: 11/2020 bis 10/2023

Projektpartner:

  • Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung, Ulm
    Akkumulatoren Materialforschung (ZSW-ECM)
    Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens

  • Technische Universität München
    Lehrstuhl für Technische Elektrochemie (TUM-TEC)
    Prof. Dr. Hubert Gasteiger

  • Technische Universität München
    Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (TUM-EES)
    Prof. Dr.-Ing. Andreas Jossen

  • Universität Bayreuth
    Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme (UBT-EES)
    Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer

Ansprechpartner: Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer, Leonard Jahn

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Website: BMBF Batterieforschung in Deutschland

Batterie-Kompetenzcluster Recycling / Grüne Batterie (greenBatt)Einklappen

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

Batterie-Kompetenzcluster Intelligente Batteriezellproduktion (InZePro)Einklappen

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)

Batterie-Kompetenzcluster zur Batteriezellproduktion (ProZell)Einklappen

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

Batterie-Kompetenzcluster zur Festkörper-Batterie (FestBatt)Einklappen

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


Verantwortlich für die Redaktion: BayBatt Geschäftsstelle

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