Forschungsprojekte

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 01/2024

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

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 02/2024

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:
Wesentliches Ziel des Projekts ist es, in Wunsiedel eine der größten deutschen Power-to-Gas (PtG)-Anlagen zu verwirklichen und durch das Zentrum für Energietechnik der Universität Bayreuth zu einem Reallabor Energiezukunft werden zu lassen. Das PtG-Konzept ist ein wichtiger Baustein in der Sektorkoppelung. Dabei werden Stromüberschüsse der erneuerbaren Energiequellen Wind und Sonne genutzt, um Wasserstoff mittels Elektrolyse zu erzeugen. Dies macht eine stoffliche Speicherung realisierbar. Anschließend kann der Wasserstoff in Mobilitäts- oder Industrieanwendungen zeitversetzt zum Einsatz kommen. Für das beantragte Projekt bietet der Standort Wunsiedel durch die bestehende Infrastuktur des Energieparks und die damit verbundene Synergie- und Anwendungspotentiale einzigartige Voraussetzungen.

Die Arbeiten des ZET zielen auf eine Betriebsoptimierung von PtG-Anlagen unter Berücksichtigung der Verschaltungs- und Kombinationsmöglichkeiten mit anderen Energieerzeugungseinheiten ab. Dies wird exemplarisch anhand des Standorts Wunsiedel wissenschaftlich untersucht. Des Weiteren werden Konzepte, wie die Erzeugung synthetischer Kraftstoffe (sogenannte Efuels), für eine nachhaltige und wirtschaftlich sinnvolle Erweiterung der Anlage erforscht. Die Forschungsarbeiten werden durch vier wissenschaftliche Mitarbeiter des ZET im Reallabor am Standort Wunsiedel durchgeführt. Die Doktoranden werden durch die ZET-Lehrstühle Technische Thermodynamik und Transportprozesse (LTTT), Chemische Verfahrenstechnik (CVT), Elektrische Engergiesysteme (EES) und Bioprozesstechnik (BPT) betreut.

Laufzeit: 01/2021 - 12/2024

Finanzierung: Oberfrankenstiftung

Projektpartner: WUN H2 GmbH

Kontakt: Zentrum für Energietechnik

Projektbeschreibung:
Ziel des Teilvorhabens ist der Aufbau und die Eignungsprüfung von mittels der Pulveraerosoldeposition (ADM) hergestellter gradierter Mischkathoden und Festelektrolyte, die Analyse ihres mirkostukturellen Aufbaus sowie die Überprüfung der industriellen Skalierbarkeit des Fertigungskonzepts. Hierfür wird in Bayreuth (Lehrstuhl Funktionsmaterialien) eine vorhandene skalierbare Anlage zur kontinuierlichen Abscheidung von Mischkathoden-Gradientenschichten mittels ADM weiterentwickelt. Die Anpassung kommerziell verfügbarer Kathodenaktivmaterial- und Festkörperpulver und elektronisch leithfähiger Additive an die Anforderungen der ADM erfolgt primär beim Projektpartner an der Universität Saarbrücken (AG Falk). Das ideale Mischungsverhältnis und der Gradient der Mischkathode wird zur Maximierung der Ratenfähigkeit und Minimierung des Zellinnenwiderstandes experimentell und simulativ an der Universität Bayreuth (Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme) ermittelt. Neben dem Aufbau der Halbzelle aus Kathodenaktivmaterial und Festelektrolyt liegt ein zweiter Fokus auf der Grenzflächenmodifikation zwischen Festelektrolyt und metallischer Lithiumelektrode. Der Aufbau zu Vollzellen erfolgt durch das Aufdampfen von Lithium und anschließendem Aufbringen von Lithiumfolie auf die gesprühten Halbzellen. Der experimentelle Teil findet am Lehrstuhl Funktionsmaterialien statt und die Simulation hierzu am Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme. Dort werden auch Zelltests mit Druckvariation durchgeführt. Darüber hinaus gehen Proben an den Projektpartner KIT (AG Möring), um hochauflösende Operando-Messungen zur mechanischen und elektrochemischen Charakterisierung durchzuführen.

Laufzeit: 11/2021 bis 04/2025

Projektpartner:

• Universität Bayreuth
  Bayerisches Zentrum für Batterietechnik (BayBatt)
  Lehrstuhl für Funktionsmaterialien (FM) - federführend
  Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
  Bayerisches Zentrum für Batterietechnik (BayBatt)
  Lehrstuhl Elektrische Energiesysteme (EES)
  Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer
  
  
• Universität des Saarlandes
  Naturwissenschaftliche-Technische Fakultät
  AG für Struktur- und Funktionskeramik
  Priv.-Doz. Dr.-Ing. habil. Guido Falk
  
  
• Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
  Institut für Angwandte Materialien - Werkstoff- und Biomechanik (IAM-WBM)
  Arbeitsgruppe Batteriematerialien
  Dr. Reiner Möring

Ansprechpartner FM - federführend: Prof. Dr.-Ing. Ralf Moos
Ansprechpartner EES: Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer, N.N.

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Website: BMBF Batterieforschung in Deutschland Pressemitteilung Universität Bayreuth 09.11.2021