Projekte

Aufbau eines Wasserstoff-Kompetenzzentrums am Campus der Technischen Universität Braunschweig

Akronym: H2 Campus TUBS

Mit dem Wasserstoff Kompetenzzentrum am Campus der TU Braunschweig wird den Wissensträgern rund um die Wirkungskette von Wasserstoff eine Forschungsplattform geboten, um sowohl Grundlagenforschung im Labormaßstab als auch Grundlagenforschung im Umsetzungsmaßstab durchführen zu können. Am InES wird ein Modell zur Beschreibung der Performance von Elektrolyseuren im dynamischen Betrieb erarbeitet und anschließend validiert.  

Laufzeit:

05.2021 – 04.2025

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Erarbeitung von Recycling-/Resynthese-Prozessen für nachhaltige Materialkreisläufe für HV-Batterien

Akronym: HVBatCycle

Das Projekt "HVBatCycle" verfolgt das übergeordnete Ziel, innovative, nachhaltige und energieeffiziente Prozesse entlang der Wertschöpfungskette von Hochvoltbatterien aus Elektrofahrzeugen zu entwickeln und zu vertiefen. Ein besonderer Fokus liegt darauf, die geschlossene Kreislaufführung von Batteriematerialien in naher Zukunft zu ermöglichen. Das InES der TU Braunschweig soll hierbei federführend die Zelldiagnostik der Batterien übernehmen, die aus recycelten Materialien hergestellt werden, und maßgeschneiderte mathematische Modelle zur Analyse der Leistungskennzahlen (KPIs) entwickeln.

Laufzeit:

01.2022 – 12.2024

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Zelldesign und optimierte Elektrolyte für Calcium-Sauerstoff-Batterien: Zelle im Labormaßstab

Akronym: CaSaBatt

Erst kürzlich wurden die in Calcium-Sauerstoff-Batterien (CASB) an den Anoden und Kathoden ablaufenden Reaktionen und Reaktionsteilschritte erstmals im Detail aufgeschlüsselt. Es wurde deutlich, dass für CASB kein herkömmlicher Zellaufbau aus zwei Elektroden und einem porösen Separator sowie einem einzigen Elektrolyten verwendet werden kann; es werden zwingend zwei verschiedene Reaktionskammern mit Anolyt (Elektrolyt an der Anode) und Katholyt (Elektrolyt an der Kathode) in einem hybridem Zellaufbau benötigt.

Das Hauptziel ist es daher, erstmalig eine elektrisch wiederaufladbare CASB im Labormaßstab (Demonstrator) am InES aufzubauen. Die dafür nötigen optimierten Materialien liefern die Projektpartner aus der Industrie (iolitec) sowie aus Forschungsinstituten und Universitäten (ZSW Ulm, Fraunhofer IFAM Bremen, Universität Münster). Das in CaSaBatt adressierte System ist potentiell sehr kostengünstig und auch für Groß-Energiespeicher-Anwendungen geeignet.

Laufzeit:

05.2022 – 04.2025

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Durable and Efficient Compound Electrodes for Hydrogen Generation in PEM Electrolysis

Akronym: DECoH

Das Projekt DECoH zielt darauf ab, eine Brücke vom Grundlagenverständnis zur Materialentwicklung von langlebigen und effizienten Elektroden für saure Protonenaustauschmembran-Elektrolyseure (proton exchange membrane water electrolysers - PEMWE) zu schlagen. Die teilnehmenden Partner adressieren Forschung und Entwicklung auf mehreren Ebenen: Die Universität Kyoto wird sich auf die Entwicklung neuartiger, edelmetallarmer Katalysatoren für die sauerstoffentwickelnde Elektrode, auf elektrochemische Untersuchungen dieser und auf die Erstellung von Vorschriften für die Elektrodenmodifikation konzentrieren. Die Eisenhuth GmbH & Co. KG wird neuartige Komposit-Bipolarplatten aus maßgeschneiderten Materialien herstellen, die von TOHO Titanium Co., Ltd. designt und geliefert werden, und wird zudem leitfähige Beschichtungen für Elektroden der sauerstoffentwickelnden Halbzellseite produzieren. TOHO Titanium Co., Ltd. wird außerdem poröse Transportschichten auf Ti-Basis konzipieren und entwickeln, die einen effizienten Stofftransport bei minimaler Degradation und Leistungseinbußen gewährleisten. Die TU Braunschweig wird die hergestellten Katalysatoren in elektrochemischen Testzellen / Elektrolyseuren im Labormaßstab sowie mit mathematischen Modellen / Simulationen evaluieren und daraus Richtlinien zur Optimierung von Leistung, Stabilität und Effizienz der Elektroden ableiten, wodurch eine Feedbackschleife für die Projektpartner geschaffen wird.

Laufzeit:

08.2022 – 07.2025

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Wiederaufladbare Zink-Mangan-Batterie mit pH-neutralem Elektrolyten

Akronym: ZiMaBat

Ziel des Projektes „ZiMaBat“ ist es, die erstmalige Demonstration einer wiederaufladbaren Zink-Mangan-Batterie (ZMB) im neutralen bis leicht sauren Elektrolyten mit mindestens 50 Lade/Entlade-Zyklen im AA-Format zu realisieren. Die wiederaufladbare ZMB soll eine mit etablierten Technologien, wie Blei/Gel, NiCd, und NiMH, vergleichbare Energiedichte erzielen. 
Hierfür wird im Teilvorhaben des InES das Dendritenwachstum an der Anode in Abhängigkeit der Stromdichte elektrochemisch und optisch charakterisiert. Im Anschluss soll das Dendritenwachstum durch Additive und Beschichtungen der Anode sowie durch den Einsatz von verschiedenen Abscheidetechniken inhibiert werden.
Durch Bündelung von Expertise im Bereich der Zink- und Mangan-Chemie, des Separators, des Batteriebaus und Recyclings sowie mit Hilfe einer begleitenden LCA-Studie wird eine umweltfreundliche, nicht entzündbare, leicht recyclebare Energie- bzw. Leistung-Rundzelle mit unterschiedlichem Elektrodendesign entwickelt. Die ganze Wertschöpfungskette wird vom Konsortium abgedeckt und somit sind Verwertungsmöglichkeiten für den Standort Deutschland gesichert. 
Das Projekt wird gemeinsam mit VARTA Consumer Batteries, ACCUREC Recycling, EurA, dem DECHEMA-Forschungsinstitut, GASKATEL, den Grillo-Werken und der Universität Duisburg-Essen durchgeführt. Die Firma Freudenberg Performance Materials ist assoziierter Partner des Projektes.

Laufzeit:

09.2022 – 08.2025

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung
Im Rahmen der Initiative Batterie 2020 Transfer

Skalierbare Elektrolyseure mit innovativen Materialien für den Wasserstoffexport nach Deutschland

Akronym: Scale H2

Das DEU-AUS Projekt Scale H2 zielt darauf ab, neuartige Materialien und Komponenten für Elektrolyse-Testzellen detailliert physikalisch und elektrochemisch zu untersuchen. Hierbei werden die Materialien (u.a. synthetisiert und optimiert durch die UNSW und UTS in Sydney) und die Systeme, in denen sie eingesetzt werden, umfassend charakterisiert. Vergleichsstudien mit einem Referenzsystem aus kommerziellen Standardmaterialien und Literaturangaben ergänzen die Untersuchungen.

Ein breites Spektrum verschiedener physikalischer und elektrochemischer Analysetechniken wird hierbei eingesetzt, um die Degradation der Elektrolyseure und der verwendeten Materialien zu untersuchen. Dies ermöglicht ein Benchmarking der neuen Materialien sowie ein tiefgehendes Verständnis ihrer Eigenschaften, Wirkzusammenhänge und gegenseitigen Beeinflussungen.

Zusätzlich werden Untersuchungen vom Labormaßstab bis zum Elektrolyseurstack für den praktischen Einsatz durchgeführt, um das Teilvorhaben mit dem Gesamtprojekt zu verknüpfen. Das Teilprojekt des InES begleitet die Planung des Aufbaus eines großformatigen Elektrolysestacks durch die australischen Partner.

Laufzeit:

05.2023 – 04.2027

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Optimales Design für wiederaufladbare und recyclebare, alkalische Zn- MnO2-Batterien als flexibler Energiespeicher

Akronym: ORRCABATT

Das Hauptziel von ORRCABATT ist die Optimierung des Designs und der Herstellungsprozesse wiederaufladbarer alkalischer Zink-Mangandioxid-Batterien (ZMB) durch verbesserte Elektrodenmaterialien, Zellkomponenten und Batteriedesign/Format einschließlich eines Batteriemanagementsystems. Von Beginn an werden dabei die wichtigsten Aspekte hinsichtlich einer Kreislaufwirtschaft (Rohstoffgewinnung, Materialverarbeitung, Komponenten- und Batterieherstellung, -nutzung und Batterierückgewinnung/Recycling) berücksichtigt.

Fokus des InES ist dabei, ein tieferes Verständnis der Funktionsweise und Stabilität der eingesetzten Materialien zu erlangen. Zu dem Projektziel gehört die elektrochemische Charakterisierung und Prüfung der Batteriezellenkomponenten, insbesondere die Analyse der Anode, sowie die Untersuchung der Stabilität und Degradation der Materialien. Weiterhin steht die Charakterisierung der Batterien während des Betriebs mittels fortgeschrittener In-situ- und Operando-Techniken im Fokus, um mögliche unerwünschte Nebenreaktionen zu quantifizieren und Optimierungsstrategien aufzuzeigen.

Laufzeit:

10.2023 – 10.2026

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Nachhaltige Produktion von Natrium-Ionen-Batterien

Akronym: NaNaBatt

Ziel dieses Projekts ist, die Effizienz und Nachhaltigkeit der Produktion von Natrium-Ionen-Batterien (NIBs) mit Hilfe innovativer Prozessstrategien vom aktiven Material bis hin zum Zellaufbau zu steigern. Hierbei soll aufbauend auf den Erfahrungen aus der Produktion von Lithium-Ionen-Batterien frühzeitig der Transfer auf innovative und umweltfreundliche Prozessrouten wie wasserbasierter oder hochviskoser Herstellung der Elektroden etabliert werden. Das finale Ziel ist die Demonstration nachhaltig und effizient produzierter, mehrschichtiger Vollzellen. Begleitend zur Zellkonzeptentwicklung soll eine ökologische Bewertung stattfinden, um potentielle Umweltauswirkungen der betrachteten Technologie in der Zukunft abzuschätzen und diese zu etablierten Batteriespeicher zu vergleichen. Hierbei basiert die Life-Cycle-Assesment-Modellierung (LCA) auf den erfassten Projektdaten nach deren Verfügbarkeit sowie auf Literaturdaten und Annahmen. Erkenntnisse aus dem LCA werden zusammen mit weiteren Faktoren (Stabilität, Verarbeitbarkeit, Ratenfähigkeit sowie Energie- und Leistungsdaten) zur Evaluation des Batteriekonzeptes verwendet.

Laufzeit:

10.2023 – 09.2026

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Herstellung und Aufreinigung von Vinylencarbonat-Additiv für Lithium-Ionen-Batterien zur Bildung einer künstlichen SEI

Akronym: VC-Pure

Das Ziel ist die Entwicklung und Skalierung eines Prozesses zur Bildung einer künstlichen SEI-Schutzschicht auf Anoden-Aktivmaterial-Partikeln (Graphit, Silizium) für LIB. Die Projektpartner konzentrieren sich auf die Oberflächenmodifikation des Anoden-Aktivmaterials, die Verarbeitung der modifizierten Partikel zu fertigen Elektroden und die Diagnostik der Elektroden in Laborzellen (Teilvorhaben des InES). Verschiedene Methoden zur Integration von VC in die Anode werden untersucht, einschließlich der direkten Aufbringung, ex-situ-Oligo- bzw. Polymerisation von VC und in-situ-Polymerisation während des Elektrodenproduktionsprozesses. Die funktionalisierten Elektroden werden strukturell und chemisch analysiert sowie hinsichtlich möglicher Nebenreaktionen und der Eignung für Hochvolt-Systeme getestet.

Laufzeit:

10.2023 – 09.2026

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Schnittstellen in Vollfestkörper- Verbundkathoden und Metallanoden: Verständnis der Korrelation von Mikrostruktur und Leistung

Akronym: InCa-M

Im DEU-JAP Projekt InCa-M steht das tiefere Verständnis von Transporteigenschaften und der Stabilität der Grenzflächen in Kompositelektroden im Fokus. Im Fall der Kompositkathode soll der Einfluss der Elektrodendicke, welche maßgeblich für die Flächenkapazität verantwortlich ist, auf die Transporteigenschaften und Alterungseffekte untersucht werden. Die Degradationskinetik von Kompositanoden soll mit Hilfe von einem quantitativen Model beschrieben werden. Zusätzlich zu den Untersuchungen an Kompositelektroden soll die Grenzflächenstabilität zwischen Lithium Metall und dem Festkörperelektrolyten analysiert werden. Die breite Aufstellung des Konsortiums (KIT Karlsruhe, JLU Gießen, Tokyo Institute of Technology) erlaubt eine leistungsstarke Kombination von fortschrittlichen Charakterisierungstechniken und Modellierungen zum Einsatz, um diese Fragestellungen zu klären. Das InES wird insbesondere mit maßgeschneiderten mathematischen Modellen und Operandoanalysen beitragen.

Laufzeit:

11.2023 – 03.2026

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Sicherheitstests von Festkörperbatterien, Fortgeschrittene Zellcharakterisierung und Entwicklung von Datenbanken

Akronym: BeSafe

Im DEU-JAP Projekt BeSafe werden neue Prototypen von Feststoffbatterien (SSBs) mit verschiedenen Klassen von Festelektrolyten (z. B. Sulfide, Oxide und Polymere) entwickelt. Dabei liegt der Fokus darauf, die Stabilität und Sicherheit dieser Batterien unter verschiedenen unsachgemäßen Betriebsmodi wie z.B. Überladung, Nagelpenetration zu untersuchen. Anhand von Experimente und Simulationen wird ein umfassender Datensatz erstellt und verfeinert, der als Datenbank für allgemeine Sicherheitsinformationen über verschiedene Klassen von Festelektrolyten dient. Außerdem soll im Rahmen des Projekts ermittelt werden, ob bestimmte Materialkombinationen der Komponenten der untersuchten SSB die Batteriesicherheit verändern. Die Anhäufung wissenschaftlicher Erkenntnisse auf dem Weg zur Anwendung und die Bestimmung von Sicherheitseigenschaften sind von entscheidender Bedeutung. Das InES in Braunschweig wird insbesondere mit maßgeschneiderten mathematischen Modellen und 3D-Simulationensowie der Analyse von Nebenreaktionen beitragen.

Laufzeit:

11.2023 – 03.2026

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Data-Mining als Basis cyber-physischer Systeme in der Lithium-Ionen-Batteriezellproduktion

Akronym: DaLion 4.0

Das Projekt „DaLion - 4.0“ zielt durch einen übergreifenden Ansatz auf die Abbildung der Batteriezellproduktion in cyber-physischen Systemen, die den wesentlichen inhaltlichen Kernpunkt von Industrie 4.0 darstellen. Thematisch werden im Projekt unterschiedliche, übergreifende Handlungsfelder erforscht. Es werden regelungsfähige Modelle entwickelt im Sinne cyber-physischer Systeme geschaffen, die zur Planung und zielgerichteten Regelung der Batteriezellproduktion geeignet sind. Um die industrielle Anwendbarkeit der Ergebnisse zu steigern, werden geeignete Qualitätsmanagementstrategien, u.a. im Kontext von verbessertem Tracking & Tracing und der Festlegung von Quality Gates entwickelt.

Laufzeit:

01.2019 – 12.2021

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Alkalische Membran-Brennstoffzellen – vom Labor zur Anwendung

Akronym: AMB-REAL

Ziel des mit Mitteln des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) finanzierten Teilprojektes ist die modellbasierte Identifikation von limitierenden Prozessen, welche die verringerte Leistungsfähigkeit von Alkalischen Membran-Brennstoffzellen (AEMFC, engl. alkaline anion exchange membrane fuel cell) unter Betrieb mit CO2 haltiger Umgebungsluft verursachen. Weiterhin sollen stabile Betriebsbereiche identifiziert werden und Strategien erarbeitet werden, mit denen die CO2 -Toleranz der Zellen erhöht werden kann.

Laufzeit:

07.2019 – 06.2022

Förderer:

Europäischer Fond für regionale Entwicklung (EFRE)

Modern electrochemistry – From fundamentals and energy applications to interactive and virtual endeavours

Akronym: MoonRide

MoonRide ist ein internationales Projekt, in dem zusammen mit der University of Rhode Island virtuelle Kursinhalte zu moderner Elektrochemie für Master-Studierende und Promovierende erarbeitet werden. Die Kursinhalte umfassen Video-Tutorials, Live-Sessions, digitale Gruppenarbeiten, virtuelle Laborführungen und einen interkulturellen Workshop.

Laufzeit:

10/2021 – 09/2022

Förderer:

DAAD – Deutscher Akademischer Austauschdienst

Validation Experiments for a Digital Toolbox for H2 Production

Akronym: VETO-H2

Das Projekt VETO-H2 zielt darauf ab, das bereits in Kooperation mit der schottischen Strathclyde University laufende Projekt DiTo-H2 mit experimentellen Untersuchungen zu erweitern und die frisch gestartete internationale Partnerschaft zu festigen und weiter auszubauen. Dabei werden Fragestellungen aus dem Bereich der grünen Wasserstofferzeugung mittels Hochtemperaturelektrolyse untersucht. VETO-H2 soll nun mittels experimenteller Analysen die in DiTo-H2 zu entwickelnden Modelle zu Parametrieren und Validieren. Zu diesem Zweck werden exemplarische Ionenleitermaterialien des schottischen Partners ausgetauscht und charakterisiert. 

Laufzeit:

09.2022 – 02.2023

Förderer:

MWK - Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Digital toolbox for hydrogen production

Akronym: DiTo-H2

Ziel des Projekts DiTo-H2 ist die Entwicklung eines Modellierungs-Frameworks, der technologische Fortschritte auf verschiedenen Ebenen abbildet und quantifiziert, wie sich Fortschritte auf der Materialebene in Leistungsverbesserungen auf der Ebene des Elektrolyseurs und des Energienetzes niederschlagen. Das Framework wird eine schnelle Entscheidungsfindung über den Mehrwert der Integration neuer Technologien und Materialien ermöglichen, sobald diese verfügbar werden. Das Projekt wird gemeinsam mit der Universität Strathclyde, Schottland, durchgeführt. 

Laufzeit:

06.2022 – 02.2023

Förderer:

RSE - Royal Society of Edinburgh

Interfaces in Composite All-solid-state Cathodes: Improving the Performance and Understanding of the Protective Coating

Akronym: InCa2

Das Projekt InCa² bündelt die Expertise deutscher und japanischer Forschungsinstitute und verfolgt das Ziel, die elektrochemische Stabilität von Sulfid-Feststoffelektrolyten im Kontakt mit beschichteten Kathodenaktivmaterialien zu untersuchen. Die implementierten Methoden umfassen sowohl experimentelle Analysen als auch mathematische Modellierung.

Laufzeit:

01.2022 – 04.2023

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Operando-Oberflächenanalytik für Batterien mit 3D-strukturierten Anoden mit hoher Leistung und langer Nutzungsdauer

Akronym: OsabanPlus

In diesem Kooperationsprojekt mit Partnern aus Japan und Deutschland werden mit nicht-invasiven operando-Methoden neuartige Elektrodenmaterialien, wie eine Zinkoxid Konversionselektrode, untersucht. Das daraus resultierende Verständnis über die Degradationsprozesse kann angewendet werden, um Ansätze zu schaffen die verwendeten Komponenten robuster und langlebiger zu gestalten.

Mehr Informationen: magazin.tu-braunschweig.de/m-post/alternative-materialien-fuer-lithium-ionen-batterien/

Laufzeit:

01.2022 – 04.2023

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Modellbasierte Bewertung der Betriebsgrenzen verschiedener Zellsysteme zur Auslegung von adaptiven Schnellladestrategien entlang der gesamten Nutzungsphase

Akronym: FastChargeLongLife

Das Projekt "FastChargeLongLife" thematisiert die modellbasierte Bewertung der Schnellladefähigkeit verschiedener Materialsysteme entlang der gesamten Nutzungsdauer von Lithium-Ionen-Batterien.

Laufzeit:

10/2020 – 09/2023

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Integrierte Multi-Skalen Systemsimulation und Nachhaltigkeitsbewertung von primären und zirkulären Rohstoff-Supply Chains für Lithium-Ionen-Batterien

Akronym: SIMTEGRAL

Die übergeordnete Zielsetzung des Gesamtvorhabens SIMTEGRAL ist es, physikalisch basierte Multiskalensimulationsmodelle der wichtigsten Prozesse zur Primär- und insbesondere Sekundärrohstoffherstellung für Li-Ion-Batterien zu entwickeln und experimentell zu validieren. Diese Detailmodelle werden mithilfe einer Fließschema-Simulation miteinander verbunden, welche dann innerhalb des IC-LCE-Ansatzes integriert wird. Darauf aufbauend soll eine techno-ökonomische und soziale sowie ökobilanzielle Bewertung erfolgen, um Erkenntnisse für die Gestaltung nachhaltiger Wertschöpfungsketten zu gewinnen.

Laufzeit:

11.2020 – 10.2023

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Sicherheitstests für Festkörperbatterien

Akronym: SolidSafe

Das Projekt SolidSafe zielt darauf ab, die Stabilität und Sicherheit von Festkörperzellen (SSBs) unter verschiedenen Betriebsbedingungen umfassend zu untersuchen. Die gewonnenen Daten werden zu einer Datenbank zusammengeführt, die für maschinelles Lernen und Optimierung genutzt wird, um die sicherste Materialkombination für SSB-Komponenten zu ermitteln.

Ein zentrales Ziel des Projekts ist die modellbasierte Analyse der getesteten SSB-Zellen, um die wesentlichen Degradationsprozesse während ausgewählter Missbrauchsszenarien zu verstehen. Diese Modelle ermöglichen die Vorhersage der Zellleistung bei Missbrauchsfällen und die Optimierung der Zellparameter, um das Ausmaß schädlicher Ereignisse zu minimieren.

Laufzeit:

01.2022 – 12.2023

Förderer:

BMBF – Bundesministerium für Bildung und Forschung

Innovationslabor Wasserelektrolyse - Modellierungs- und Charakterisierungswerkzeuge für die Entwicklung von Wasserelektrolyseuren – Vom Material zum System

Akronym: InnoEly

Das übergeordnete Ziel des „Innovationslabors Wasserelektrolyse (InnoEly)“ ist die Erstellung eines Charakterisierungs- und Modellierungswerkzeugkastens zur Weiterentwicklung von technischen Wasserelektrolyseuren für die Produktion von grünem Wasserstoff. Das InES entwickelt dabei ein auf Maschinellem Lernen basiertes Modell zur Beschreibung von Elektrolyse-Stacks.

Laufzeit:

05/2021 – 04/2024

Förderer:

Niedersächsisches Ministerium für Wissenschaft und Kultur

Volkswagen Stiftung