Panorama

Grundlagenforschung für Batteriesysteme

14.06.2019 - Infrastrukturprojekt NextGenBat verknüpft sechs Forschungsinstitute.

Mit dem neuen Infrastruktur­projekt NextGenBat bereiten sechs Institute den Weg für die Erforschung und Entwicklung zukünftiger Batterie­generationen. Beteiligt sind die RWTH Aachen, das Forschungs­zentrum Jülich und das Fraunhofer-Institut für Laser­technik ILT. Das Vorhaben soll insbe­sondere den Energie-Standort Nordrhein-Westfalen stärken. So wird schon jetzt erwartet, dass die Feststoff­batterie die Elektromobilität in den nächsten zehn Jahren erheblich mitbestimmt. Ein Schlüssel für die Industria­lisierung entsprechender Techno­logien ist die dazu benötigte Produktionstechnik. „Das Projekt NextGenBat ermöglicht es uns, jetzt schon in Techno­logien der Zukunft zu investieren und den Weg hin zu einer indus­triellen Herstellung von Batteriezellen der nächsten Generation zu erforschen“, sagt Heiner Heimes, Oberingenieur am Institut für Production Engineering of E-Mobility Components PEM an der RWTH Aachen. „Als Produktions­techniker helfen wir dabei, Material­innovationen in wettbewerbs­fähige Produkte zu überführen.“

In dem Projekt NextGenBat erarbeiten die sechs beteiligten Institute aus Aachen, Jülich und Münster innerhalb von zwei Jahren mit einem Etat von etwa zehn Millionen Euro gemeinsam eine vorwett­bewerbliche Forschungs­infrastruktur, in der im Technikums­maßstab einzelne Prozess­schritte als Modulbausteine entstehen. Mit diesen, dezentral entwickelten Lösungen, wird durch die Projekt­teilnehmer der Weg für die gesamte Wertschöpfungs­kette der nächsten Batterie­generation bereitet – inklusive aller Schnitt­stellen von der Material­synthese der aktiven Materialien bis hin zum Recycling der Zellen. Die Institute sind auf unterschiedlichen Gebieten der Batterie­forschung spezialisiert. Beispiels­weise geht es um die Frage, wie sich das Batterie­recycling optimieren lässt, wenn neuartige Materialien zum Einsatz kommen. 

Die Institute wollen mit dem Projekt die bereits vorhandene Infra­struktur so ergänzen und ausbauen, dass insbe­sondere die Unternehmen in Nordrhein-Westfalen für die Entwicklung von Batterie­materialien und -systemen der nächsten Generation eine optimale Infra­struktur vorfinden. Die Zusammenarbeit der Partner mit den Unternehmen soll dabei im Rahmen weiterer öffentlich geförderter Projekte stattfinden. Die Institute entwickeln dazu unter­schiedliche NextGenBat-Bausteine. Energie­speicher der nächsten Generation – speziell Festkörper­batterien – entstehen am Forschungs­zentrum Jülich: Drei Institute sollen kostengünstige, skalierbare Synthese- und Herstellungs­verfahren sowie fortschrittliche Analyse­methoden entwickeln. Dazu werden hochener­getische Batterie­vollzellen auf Basis oxidischer und phosphatbasierter Ionenleiter im Demonstrator­maßstab angefertigt. Zudem untersuchen die Wissenschaftler die Herstell- und Prozessier­barkeit von sulfid­basierten Festkörper­batterie-Systemen im Labormaßstab.

Das PEM der RWTH Aachen konzentriert sich auf die Produktions­technik. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Skalier­barkeit einzelner Produktions­schritte für die Serien­fertigung. Dank des Baustein-Konzepts eignen sich NextGenBat-Module auch für Unternehmen, die keine komplette, flexible Produktions­linie, sondern nur einzelne Aspekte – wie etwa die Elektroden­fertigung – realisieren wollen. Und das Kernziel des Investitions­projektes am Institut für Metallur­gische Prozesstechnik und Metall­recycling IME der RWTH Aachen besteht in der Bildung eines modernen, batterie­system­unabhängigen Analytikzentrums für metallische und nicht-metallische Fraktionen aus dem Batterie­recycling. So ist die Ermittlung der chemischen Zusammensetzung bis in den ppm-Bereich möglich. Zum Einsatz kommen dabei ein Massen­spektrometer mit gekoppelter Anlage zum Hochdruck-Mikrowellen­druckaufschluss und ein wellenlängen­dispersives RFA-Gerät zur Messung im Schmelzaufschluss.

Um laserbasierte Produktions­prozesse für die Batterien der nächsten Generation kümmert sich im Projekt Alexander Olowinsky, Gruppenleiter Mikrofügen am Fraunhofer ILT. „NextGenBat bietet uns die Möglichkeit, die Potenziale der Laser­technik als Schlüssel­technologie für zukünftige Zell- und Modulkonzepte bereits in einer frühen Phase zu erforschen und in innovativer Anlagen­technik zu erproben. Damit geben wir wichtige Impulse für die Batterie­entwicklung“, sagt der Wissenschaftler. Die ersten Geräte und Anlagen sind bereits in Beschaffung und stehen später an den verschiedenen Instituten, zum Teil in neu geschaffenen Labors, für Weiter­entwicklungen in der Batterie­technik in Forschungs­projekten zur Verfügung.

Fh.-ILT / JOL

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Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT

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