Drittmittelprojekte

4SBATT zielt darauf ab, eine Festkörperbatterie auf der Basis von Na anstelle von Li zu entwickeln, die die beste Lösung in Bezug auf vier Schlüsselparameter darstellt: Nachhaltigkeit, Energiedichte (spezifisch und volumetrisch), Bereitschaft zur Übernahme (d.h.Kompatibilität mit bestehenden Li-Ionen-Produktionslinien) und Sicherheit.

Um ein solch anspruchsvolles Ziel zu erreichen, wird 4SBATT an der Schnittstelle zwischen anorganischer Chemie, Materialwissenschaft und Technik arbeiten. Mein Team und ich werden einen kombinierten rechnerischen und  experimentellen Ansatz auf der Grundlage der Dichtefunktionaltheorie und der Röntgenbeugung in-situ während der Synthese entwickeln, der es uns ermöglichen wird, große Mengen an temperaturabhängigen Multikomponenten-Phasendiagrammen für verschiedene Materialklassen zu untersuchen. Auf diese Weise werden wir neuartige anorganische Verbindungen auf Na-Basis für positive Elektroden, Festelektrolyte und negative Elektroden entwickeln und herstellen.

Anschließend werden wir die physikalischen Eigenschaften der Materialien und der Verbundelektroden charakterisieren, um ihre Leistungen zu verstehen, zu verbessern und zu entwickeln. Schließlich werden wir Festkörperbatterien auf der Grundlage von Na und nachhaltigen Elementen wie Fe, Mn und Si zusammenstellen, die aufgrund des nicht entflammbaren Festelektrolyten inhärent sicher sind und auf Zellebene Energiedichten von 300 Wh/kg und 750 Wh/l erreichen sollen.

Laufzeit: 2022 bis 2027

Ansprechperson: Prof. Dr. Matteo Bianchini (Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher)

Förderung: European Research Council (ERC) Starting Grant 2021

Im Projekt sind drei Qualifizierungsschwerpunkte in Form von Kurzzeitmodulen (Modul-Batt), arbeitsprozess-orientierte Maßnahmen (APO-Batt) und Angebote für Ausbilder (Coach-Batt) vorgesehen. Die Qualifikationsangebote sollen einen hohen Praxisbezug aufweisen und werden von Entwicklungstandems aus einem fachlichen Partner (Hochschule oder Forschungseinrichtung) und einem didaktischen Partner (Bildungsträger) in iterativen Entwicklungsprozessen und unter starker Einbeziehung von Vertretern der Zielgruppen entwickelt.

Laufzeit: 05/2023 bis 04/2028

Projektpartner:

• Universität Bayreuth (Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik)
• Hochschule für Angewandte Wissenschaften Landshut
• Technische Universität München (Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften)
• RWTH Aachen University (Lehrstuhl und Institut für Abreitswissenschaft)
• Technische Hochschule Würzburg-Schweinfurt (Technologietransferzentrum Elektromobilität)
• Fraunhofer-Institut für Silicatforschung (ISC)
• Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik (IGCV)
• Bildungswerk der Bayerischen Wirtschaft gGmbH
• SKZ - KFE gGmbH
• Bayern Innovativ

Ansprechperson: Gregor Ohnemüller (Lehrstuhl Umweltgerechte Produktionstechnik)

Förderung: Bundesministrerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)

Webseite: Batterie-Bildungsnetzwerk Bayern

Das BALU-Projekt entwickelt eine neuartige Aluminium-Ionen-Batterie (AIB), die im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien Vorteile bezüglich Nachhaltigkeit, Kosten und Leistung bieten soll. Im Labor hat die Aluminium-Graphit-Dual-Ionen-Batterie (AGDIB) bereits vielversprechende Ergebnisse gezeigt, mit hoher C-Raten-Fähigkeit und langen Lebenszyklen. Ziel des Projektes ist es, die Zellchemie vom Entwicklungsstand aus dem Labor mit TRL3 in anwendungsrelevante Zellkonzepte zu übertragen. Dazu sind Forschungsaktivitäten hinsichtlich der Entwicklung und Evaluierung geeigneter Zellkonzepte notwendig, die einerseits materialspezifische Fragestellungen lösen und andererseits die Fertigungsmöglichkeiten für derartige Batteriezellen prüfen. Ziel des Vorhabens ist es, TRL6 für die AGDIB-Zelle zu erreichen, und damit eine Pilotfertigung absehbar konzipieren zu können. Dabei müssen gleichzeitig Fragen der Recyclingfähigkeit im Sinne der Circular Economy mit betrachtet werden und Anforderungen aus potentiellen Anwendungen auf die Zellebene übertragen werden.
Der Lehrstuhl für Systemtechnik elektrischer Energiespeicher bringt hier seine Expertise im Bereich Systems Engineering ein. Einerseits soll der Entwicklungsprozess der Zellen durch die Anwendung von Anforderungen auf Batterieebene unterstützt werden und gleichzeitig sollen die Auswirkungen von Innovationen auf Zellebene auf die Performance der Batterie abgebildet werden.

Laufzeit: 11/2023 bis 10/2026

Projektpartner:

• Universität Bayreuth (Lehrstuhl Systemtechnik elektrischer Energiespeicher, Lehrstuhl Elektronik elektrischer Energiespeicher)
• Technische Universität Braunschweig (Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik)
• Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie (IISB)
• Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme (IKTS)
• Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST)
• Sika Werke GmbH
• Alzner Automotive GmbH - Alzner Battery

Ansprechpersonen: Prof. Dr.-Ing. Jan Philipp Schmidt, Tobias Tietze (Lehrstuhl Systemtechnik elektrischer Energiespeicher)

Förderung: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) - Batterie2020Transfer

Circularity³ zielt darauf ab, Empfehlungen für eine erfolgreiche Umsetzung von umweltfreundlichen Maßnahmen der Kreislaufwirtschaft zu geben. Nach einer gründlichen Konzeptualisierung wird die Analyse der technologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen/politischen Wechselwirkungen innerhalb der Kreislaufwirtschaft zu einem besseren Verständnis der sozioökonomischen Voraussetzungen und einer Quantifizierung der potenziellen Umweltvorteile führen. Dies wird erreicht, indem die Komplexität des Kreislaufwirtschaftskonzepts in vergleichbare, aber komplementäre Fallstudien entlang der Dimensionen Wertschöpfungsketten/Umsetzungslogik von CE-Maßnahmen, wirtschaftliche Aggregationsebene und Länder heruntergebrochen wird.

Die Elektronik- und die Elektrofahrzeugbatterien dienen als eine etablierte und eine relativ neue Wertschöpfungskette, die exemplarisch untersucht werden. Der aktuelle Stand der Kreislaufwirtschaft wird für diese Wertschöpfungsketten auf Innovations-/Mikro-, Sektor-/Meso- und gesamtwirtschaftlicher/Makro-Ebene für die beteiligten Länder Deutschland, Thailand, Türkei, Chinesisch-Taipeh und Japan analysiert. Dieser Überblick ermöglicht die Identifizierung von Schwerpunktbereichen.

Ein umfangreiches Instrumentarium wissenschaftlicher Methoden wird von den Partnern eingesetzt, um Fallstudien durchzuführen und ein detailliertes Verständnis der technologischen, wirtschaftlichen und gesellschaftlichen/politischen Wechselwirkungen innerhalb dieser Schwerpunktbereiche zu gewinnen. Ein Vergleich ähnlicher Fallstudien (a) in verschiedenen Ländern, (b) auf verschiedenen Ebenen und (c) mit verschiedenen Anwendungsfällen wird zu neuen und systematischen Erkenntnissen für die spezifischen Schwerpunktbereiche führen.

Nach der Konsolidierung der Ergebnisse und der Bewertung auf Systemebene werden allgemeingültige Empfehlungen gegeben. Um die Nützlichkeit und Anwendbarkeit der Ergebnisse zu gewährleisten, wird der Forschungsprozess von einem kontinuierlichen Austausch mit den relevanten Stakeholdern begleitet, der die beiden Anwendungsfälle, die drei wirtschaftlichen Ebenen und die teilnehmenden Länder umfasst. Darüber hinaus erhalten die Stakeholder die Ergebnisse in Form von praktischen Empfehlungen, wie sie die Kreislaufwirtschaft in ihrem spezifischen Handlungsfeld vorantreiben können, sowie Methoden zur Messung des Fortschritts und zur Quantifizierung der Umweltvorteile.

Laufzeit: 06/2023 bis 05/2026

Projektpartner:

• Universität Bayreuth (Lehrstuhl Ökologische Ressourcentechnologie)
• Fraunhofer-Institut für System- und Innovationsforschung (ISI)
• National Institute of Advanced Industrial Science and Technonology, Tsukuba (Japan)
• Chulalongkorn University, Bangkok (Thailand)
• National Taiwan University, Taipeh (Taiwan)
• Yasar University, Bornova/ Izmir (Türkei)

Ansprechperson: Prof. Dr. Christoph Helbig (Lehrstuhl Ökologische Ressourcentechnologie)

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Webseite: Circularity³

Die zunehmende Nutzung erneuerbarer Energiequellen führt zur Notwendigkeit effizienter Langzeitspeichersysteme. Redox-Flow-Batterien können hier eine Lösung sein, da sie Schwankungen im Stromnetz ausgleichen können. Die Vanadium-Redox-Flow-Batterie (VRFB) stand bisher im Mittelpunkt der Forschung, aber die Toxizität und Knappheit von Vanadium erfordert eine nachhaltigere Alternative. In den letzten Jahren hat die Redox-Flow-Batterie auf Fe-Basis (IRFB) (wieder) an wissenschaftlicher Aufmerksamkeit gewonnen, da Eisen in der Erde reichlich vorhanden und unschädlich ist. In der All-Fe-Batterie lagert sich Eisen jedoch als Fe0 auf der negativen Elektrode ab, was eine unabhängige Skalierung von Energie und Leistungsdichte nicht mehr möglich macht. Außerdem wird die parasitäre Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) bei negativen Elektrodenpotentialen begünstigt, was die Ladeeffizienz der Batterie verringert.

Das Ziel dieses gemeinsamen Projekts ist es, die Parameter, die zur Wasserstoffentwicklung (HER) und zur inhomogenen Eisenabscheidung auf der negativen Elektrode führen, zu verstehen und zu verbessern. Dies geschieht durch die Verknüpfung von Experimenten und Modellsimulationen auf verschiedenen Längenskalen, die entweder mit einer verbesserten Grenzfläche, Elektrode oder verbessertem Systemdesign zusammenhängen.

Laufzeit: 01/2024 bis 12/2027

Projektpartner:

• Lehrstuhl Werkstoffverfahrenstechnik
  
• Juniorprofessur für Methoden des Batteriemanagements
  

Ansprechperson: Prof. Dr.-Ing. Christina Roth

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

iXADE hat sich zum Ziel gesetzt, neue Möglichkeiten für (quasi-)simultane XRD- und XAS/XES-Messungen an der Beamline ID26 der Europäischen Synchrotronstrahlungsanlage (ESRF) zu entwickeln. Heute ist ID26 vollständig für In-situ-/Operando-XANES- und EXAFS-Messungen für eine Vielzahl von angewandten Wissenschaften optimiert. Das Besondere an dieser Beamline sind zwei Röntgenemissionsspektrometer mit hoher Detektionseffizienz, die eine ausreichende Energieauflösung für XES- (Röntgenemissionsspektroskopie) und RIXS-Messungen (resonante inelastische Röntgenspektroskopie) bieten.
In letzter Zeit wird immer deutlicher, dass multimodale und die (quasi-)simultane Kombination verschiedener Techniken einen Mehrwert für die Charakterisierung von Materialien bringen und viel mehr Informationen liefern können als die Summe verschiedener Methoden, die nacheinander an verschiedenen Beamlines durchgeführt werden. Aus diesem Grund ist das Projektziel, ID26 mit einer Röntgendiffraktionsanlage aufzurüsten, um zusätzlich zu den spektroskopischen Informationen auch Diffraktionsdaten mit hoher Winkelauflösung messen zu können. Diese neue Fähigkeit wird wichtige neue Erkenntnisse liefern, insbesondere für In-situ- und Operando-Messungen: Sie wird es ermöglichen, die Entwicklung einer Kristallstruktur (z. B. während der Delithiierung eines Batterieelektrodenmaterials) gemeinsam mit den Veränderungen in der elektronischen Struktur der Verbindungen zu untersuchen.
Mit diesen Fortschritten wird ID26 zu einer einzigartigen Beamline für das Verständnis der strukturellen und elektronischen Entwicklung funktioneller Materialien, da sie neben einer Vielzahl von Absorptions-/Emissionsspektroskopietechniken, die bereits an der Beamline verfügbar sind (d. h. XANES, EXAFS, XES, RIXS), auch (quasi-)simultane Messungen von Röntgenbeugungsdaten durchführen kann.

Laufzeit: 07/2025 bis 06/2028

Ansprechperson: Prof. Dr. Matteo Bianchini (Lehrstuhl für Anorganische Aktivmaterialien elektrochemischer Energiespeicher)

Förderung: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) - B@TS

Im Rahmen des Projekts werden polymere und keramische Kalium-Festkörperelektrolyte und aktive Elektrodenmaterialien als Grundlage für künftige Batteriezellensysteme untersucht.

Ziel des Forschungsverbunds sind die Untersuchung und Evaluierung von neuartigen Kalium-leitenden polymeren und sulfidischen Festelektrolyten, Kalium-basierten Aktivmaterialien und der Kalium-Feststoffbatterie selbst. Durch systematische Untersuchungen sollen die relevanten Leistungsdaten ermittelt, sowie die Basis für eine kompetente Beurteilung möglicher Anwendungsbereiche geschaffen werden.

Laufzeit: 10/2023 bis 09/2026

Projektpartner:

• Universität Bayreuth (Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher)
• Universität Münster, Münster Electrochemical Energy Technology (MEET)
• Helmholtz-Institut Münster
• Humboldt-Universität zu Berlin
• Justus-Liebig-Universität Gießen
• Wolfram Chemie GmbH

Ansprechperson: Prof. Dr. Matteo Bianchini (Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Energiespeicher)

Förderung: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR) - Batterie2020Transfer

Webseite: Forschungsportal der Universität Münster; Helmholtz-Institut Münster

Das Projekt untersucht den Transport von Elektronen und Ionen in Batterieelektrodenmaterialien in Abhängigkeit von deren Struktur und Korngröße. Wir werden Materialien mit unterschiedlicher Dimensionalität der Perkolationskanäle und Partikelgrößen synthetisieren, um die Auswirkungen des Confinements auf beide Ladungsträgertypen durch die Untersuchung ihrer Mobilitäten aufzudecken. Mit Hilfe von First-Principles-Berechnungen und maschinellem Lernen werden wir ein Multiskalenmodell für den Transport beider Ladungsträger in diesen Strukturen erstellen. Dieser Ansatz wird Möglichkeiten zur Verknüpfung oder Entkopplung des Elektronen- und Ionentransports aufzeigen und damit einen Hinweis auf künftige rationale Designkriterien geben.

Das Projekt ist Teil des SFB 1585: Structured functional materials for multiple transport in nanoscale confinements (MultiTrans).

Laufzeit: 2023 bis 2027

Projektpartner:

• Lehrstuhl Theoretische Physik VII (Prof. Dr. Harald Oberhofer)
  
• Lehrstuhl Anorganische Aktivmaterialien für elektrochemische Speicher (Prof. Dr. Matteo Bianchini)
  

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Webseite: SFB MultiTrans

In diesem Projekt werden Syntheserouten und Wege der Selbstassemblierung von mesoporösen Polymer-Cubosomen mit funktionellen Bindungsstellen in den bikontinuierlichen Wänden etabliert, zur direkten Umwandlung in mesoporösen Kohlenstoff, Übergangsmetalle und Metalloxide (oder Kombinationen davon). Die hergestellten Partikel werden hinsichtlich chemischer Zusammensetzung, Morphologie und Qualität der Nanostruktur analysiert. Die Materialien werden in der Elektro- und Photokatalyse sowie Elektroden für Metallionenbatterien getestet.

Laufzeit: 11/2023 bis 10/2026

Ansprechperson: Prof. Dr. André Gröschel (Lehrstuhl Polymermaterialien für elektrochemische Energiespeicher)

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Das Projekt "Online Charakterisierung von Energiematerialien in relevanten Betriebsumgebungen mit forschrittlichen energie- und zeitaufgelösten Röntgenabsorptionsspektroskopie (XANES & EXAFS) Methoden" (Real-XAS) ist eine gemeinsame Forschungsinitiative der Universität Bayreuthund der Freien Universität Berlin, in enger Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) an der Synchrotronanlage BESSY II.

Ziel des Projekts ist die Entwicklung der nächsten Generation von Operando-Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS)-Techniken zur Untersuchung funktionaler Energiematerialien – wie Elektrokatalysatoren und Batterieelektroden – unter realistischen Reaktionsbedingungen. Durch die millisekundengenaue zeitaufgelöste Verfolgung atomarer und elektronischer Veränderungen während des Betriebs ermöglicht Real-XAS beispiellose Einblicke in Reaktionsmechanismen, Aktivierungs- und Degradationsprozesse sowie Materialdynamiken auf atomarer Ebene.

Aufbauend auf dem erfolgreichen Projekt Live-XAS erweitert Real-XAS die experimentellen Möglichkeiten der KMC-3-Strahllinie bei BESSY II durch:

• Fortschrittliche Kontrolle der Probenumgebung für Experimente unter industrierelevanten Bedingungen (hohe Stromdichten, erhöhte Temperaturen, extreme pH-Werte).
• Integration von magnetfeldunterstützter Operando-Elektrochemie (Magnetoelektrochemie).
• Entwicklung von frequenzbereichsbasierter XAS zur Erfassung flüchtiger Reaktionszwischenprodukte.

Das Projekt ist Teil einer langfristigen Initiative zur Etablierung einer modernen, benutzerfreundlichen Operando-XAS-Station für die deutsche und internationale Wissenschaftsgemeinschaft. Es unterstützt interdisziplinäre Forschung in den Bereichen Energieumwandlung und -speicherung, Katalyse und Batterietechnologien.

Laufzeit: 10/2025 bis 09/2027

Projektpartner:

• Freie Universität Berlin (Experimentelle Physik - Research Group Prof. Dau)
• Helmholtz-Zentrum Berlin / BESSY

Ansprechperson: Prof. Dr.-Ing. Christina Roth (Lehrstuhl Werkstoffverfahrenstechnik)

Förderung: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)

Das Projekt »Sodium-Ion-Battery Deutschland-Forschung – SIB:DE FORSCHUNG« zielt darauf ab, die Eignung der Natrium-Ionen-Batterietechnologie (NIB, engl. SIB) für die europäische Energie- und Mobilitätswende zu evaluieren und eine zügige industrielle Umsetzung zu erreichen. Hierzu bündeln 21 nationale Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft ihre Expertise von der Batteriematerialentwicklung bis zur Fertigung großformatiger Zellen, um einen schnellen Transfer von Forschungsergebnissen in die praktische Anwendung zu ermöglichen.

Das »SIB:DE FORSCHUNG«-Projekt hat insbesondere zum Ziel, SIB-Aktivmaterialien zu identifizieren, die skalierbar hergestellt werden können und eine wettbewerbsfähige Zell-Performance bieten. Zudem ist die Entwicklung von SIB-Zelldemonstratoren und die Evaluierung der Drop-in-Fähigkeit der Technologie, die eine Integration in bestehende Produktionsprozesse der Lithium-Ionen-Technologie ermöglicht, von besonderer Bedeutung. Dadurch wird der Übergang zu neuen Technologien erleichtert und die Produktionskosten sowie die Entwicklungszeit können reduziert werden. Um die Ergebnisse zu evaluieren, wird eine Bewertungsmatrix erstellt, die technologische, wirtschaftliche und ökologische Faktoren für verschiedene Materialsysteme und Prozesse berücksichtigt.

Laufzeit: 01/2025 bis 12/2027

Projektpartner:

• BASF SE (Koordinator)
• E-Lyte Innovations GmbH
• Evonik Operations GmbH
• Forschungszentrum Jülich/Institute of Energy Materials and Devices (IMD-4, Helmholtz-Institut Münster)
• Fraunhofer-Einrichtung Forschungsfertigung Batteriezelle FFB
• Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM
• Fraunhofer-Institut für Gießerei-, Composite- und Verarbeitungstechnik IGCV
• Humboldt-Universität zu Berlin
• KIT/Helmholtz-Institut Ulm (AK Bresser)
• KIT/Helmholtz-Institut Ulm (AK Fichtner)
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Angewandte Materialien – IAM
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT) – Institut für Nanotechnologie – BELLA
• Litona GmbH
• Rain Carbon Germany GmbH
• RWTH Aachen – Institut für Stromrichtertechnik und elektrische Antriebe (ISEA)
• Schunk Kohlenstofftechnik GmbH
• Technische Universität München
• Universität Bayreuth
• Universität Münster (MEET Batterieforschungszentrum, IfBM)
• VARTA Microbattery GmbH
• Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung (ZSW)

Ansprechperson: Prof. Dr. Matteo Bianchini (Lehrstuhl für Anorganische Aktivmaterialien elektrochemischer Energiespeicher)

Förderung: Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt (BMFTR)

Das Projekt SOUVERÄN untersucht, wie sich die Energiewende in der EU nachhaltig und ressourcenschonend gestalten lässt. Durch die steigende Nachfrage nach Technologien wie Photovoltaik, Batterien, Windkraftanlagen und Elektrolyse wächst auch der Bedarf an Rohstoffen – viele davon sind kritisch oder schwer verfügbar.

Ziel des Projekts ist es, Lieferketten und Lebenszyklen dieser Schlüsseltechnologien detailliert zu analysieren und Wege zu entwickeln, wie sie effizient, klimafreundlich und mit geringem Risiko für die Rohstoffversorgung in Europa produziert werden können. Dabei werden Ansätze wie Materialeffizienz, Kreislaufwirtschaft, Substitution kritischer Rohstoffe und die Verlagerung der Produktion nach Europa oder in stabile Partnerländer (On-/Friendshoring) berücksichtigt.

In enger Zusammenarbeit mit Industrie, Verbänden und politischen Entscheidungsträgern erarbeitet das Projekt Strategien für ein zukunftsfähiges Energiesystem, das gleichzeitig Klima, Ressourcen und Kosten im Blick behält. Zudem wird ein digitales Tool entwickelt, das Unternehmen bei Standortentscheidungen unterstützt.

Lauzeit: 01/2025 bis 12/2027

Projektpartner:

• Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
  
• Universität Freiburg

Ansprechperson: Prof. Dr.-Ing. Christoph Helbig (Ökologische Ressourcentechnologie)

Förderung: Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWE)

"Gestaltung poröser Elektrodenarchitekturen zur Verbesserung der Stromdichte und Energieeffizienz in Redox-Flow-Batterien" (SPACER) ist ein Forschungs- und Ausbildungsprojekt, das vom Marie-Sklodowska-Curie-Programm der Europäischen Union finanziert wird. Es umfasst 13 Partner und 8 assoziierte Partner aus 9 verschiedenen Ländern, die 17 Promovierende für das Projekt rekrutieren werden.

Das allgemeine Problem von Flussbatterien und anderen Batterietypen sind die relativ hohen Speicherkosten. SPACER zielt darauf ab, neue Architekturen für poröse Elektroden zu entwickeln, um die Leistungsdichte und Energieeffizienz von Redox-Flussbatterien zu verbessern und so eine kostengünstige und langlebige Langzeitspeicherung von Energie zu ermöglichen.

Die Universität Bayreuth entwickelt im Rahmen dieses Projekts funktionalisierte Faserelektroden mittels Elektrospinning und Core-Shell-Design. Zu den Aufgaben gehören die Anpassung der Elektrospinnvorrichtung, die Herstellung von mit Katalysatoren beschichteten Testelektroden und die Analyse ihrer Morphologie und Leistung. Ziel ist es, das Schnittstellendesign, die Katalysatorstabilität und die Effizienz in Redox-Flow-Batterien zu verbessern.

Laufzeit: 09/2025 bis 08/2029

Projektpartner:

• Chalmers University of Technology
• CEITEC - Central European Institute of Technology (Brno University of Technology)
• Elestor
• Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
• Fureho
• Pinflow Energy Storage
• Technical University of Eindhoven
• Technical University of Denmark
• Universität Bayreuth
• Universität Inssbruck
• Universität Stuttgart
• University of Chemistry and Technology Prag
• University of Padua
• Züricher Hochschule für Angewandte Wissenschaften
  

Ansprechperson: Prof. Dr.-Ing. Christina Roth (Lehrstuhl Werkstoffverfahrenstechnik)

Förderung: Europäische Union (EU)

Webseite: SPACER

Das Projekt "Hybrid-Perowskit/Metalloxid-Heteroübergänge als bifunktionelle Elektroden in Photobatterien: Synthesen, Analysen und Struktur-Eigenschafts-Beziehungen" (StoreLight) entwickelt Photobatterien, die Solarenergie in einem integrierten System sowohl erzeugen als auch speichern. Im Mittelpunkt stehen maßgeschneiderte Heteroübergangselektroden, die Licht absorbieren, Ladungsträger erzeugen und Ionen reversibel einlagern können.

Dafür kombiniert das Projekt hocheffiziente Hybrid-Perowskite als photoaktive Materialien mit Metalloxiden wie TiO₂ und V₂O₅. Letztere dienen zugleich als Elektronen bzw. Loch-Extraktionsschichten und als Batterieelektroden. Nanostrukturierte Heteroübergänge werden gezielt synthetisiert, um Lichtausbeute, Ladungstrennung und Ionentransport zu optimieren und damit sowohl die photovoltaische Leistung als auch die Speichereffizienz zu steigern.

Um die zugrunde liegenden elektronischen und ionischen Transportmechanismen zu verstehen, setzt StoreLight auf optische Spektroskopie, elektrochemische Methoden sowie operando Festkörper NMR und Röntgenbeugung. Die Verbindung von fortgeschrittener Synthese mit umfassender struktureller und physikochemischer Charakterisierung ermöglicht es, Struktur-Eigenschafts-Beziehungen abzuleiten. Auf dieser Basis sollen effiziente, stabile und nachhaltige Hybrid Perowskit/Metalloxid Materialplattformen für zukünftige Photobatterietechnologien entstehen.

Laufzeit: 09/2025 bis 08/2031

Ansprechperson: Dr. Helen Grüninger (Lehrstuhl Anorganische Chemie III)

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Emmy-Noether-Programm

Das Forschungsgroßgerät „Thermo-elektrischer Batterieprüfstand“ besteht aus mehreren Zellund Modultestkanälen mit thermischer Konditionierung in dynamischen Temperaturkammern sowie umfangreichen Kommunikations- und Messkanälen. Die plattformübergreifende Software ermöglicht kombinierte elektrothermische Experimente ggf. gekoppelt auf Zell- und Modulebene und gibt die Möglichkeit, auf Ereignisse in allen Subsystemen während der Programmlaufzeit zu reagieren (adaptiver Testablauf). Die Einbindung von beliebiger CAN-Bus-fähiger Hardware ist
möglich. Auf dieser Basis wurde bspw. das open-source BMS-System foxBMS in die Anlage integriert. Zur Erhöhung der Sicherheit können Tests in sauerstoffreduzierter Atmosphäre durchgeführt werden.

Laufzeit: seit 10/2021

Ansprechperson: Prof. Dr. Ing. Michael Danzer (Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme)

Föderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)