Projekte und Ausgründungen

In enger Zusammenarbeit mit der Industrie sollen Wissenschaftler verschiedener Fachrichtungen (Physik, (Elektro-)Chemie; später Materialwissenschaften, Verfahrenstechnik, Produktion) gemeinsam an der Erforschung und Entwicklung von Festkörper-Batteriezellen arbeiten.

Das Vorhaben ist langfristig angelegt und soll in mehreren Schritten realisiert werden. Die ersten Arbeiten zur Materialsynthese und Charakterisierung der ausgewählten Materialklassen sind bereits in Umsetzung. Mittelfristig sollen Feststoffelektrolyt-Systeme entwickelt, optimiert und in einlagigen Pochzellen getestet werden. Ziel ist es, gegen Ende der zweiten Projektphase kleinformatige einlagige Zellen im Bereich von 1 bis 15 cm² und einer Kapazität von ≤ 50mAh herzustellen. Dazu werden neue Materialklassen von Feststoffelektrolyten entwickelt und als Hybridpolymersystemen mit bewährten Anoden- und Kathodenmaterialien untersucht. 

Das ZAE Bayern ist mit seinen materialwissenschaftlichen Kompetenzen bei der Komponentenherstellung und Charakterisierung beteiligt. Die Forscher arbeiten eng mit der bayerischen Industrie zusammen, um ihre Entwicklungen später nahtlos in die industrielle Zellfertigung überführen zu können.

Förderung durch: Bayerisches Staatsministerium für Wirtschaft, Landesentwicklung und Energie

TUM Partner der derzeitigen Projektphase: Lehrstuhl für Technische Elektrochemie, Lehrstuhl für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien, Arbeitsgruppe Physik der Energiewandlung und Speicherung

Sonstige Partner: TUMint.Energy Research, Industriepartner der bayerischen Wirtschaft 

Kontakt: assb@ch.tum.de

AQua – OperaXX: Aufklärung der Alterungsmechanismen neuartiger Kathodenaktivmaterialien via operando XAS/XES

Die stete Verbesserung der Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig langer Lebensdauer und hoher Sicherheit von Batterien erfordert Kompetenzen zur Analyse und Qualitätssicherung. Ziel des Kompetenzcluster AQua ist die gemeinschaftliche Erarbeitung von Methoden, Strategien und Standards. Das Teilprojekt AQua OperaXX fokussiert sich auf die Verwendung von operando XAS-Messung zur Charakterisierung der Zyklenstabilität und der potentialabhängigen Auflösung der Kathode.

TUM Partner: Lehrstuhl für Technische Elektrochemie (TEC)

Projektrahmen: BMBF Kompetenzcluster für  Analytik/Qualitätssicherung (Aqua)

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF),Gesamtfördervolumen von 1.2 Mio €

Laufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2023

Partner:

• Helmholtz-Institute Erlangen-Nürnberg for Renewable Energy/Dept. Interface Design, Prof. Dr.-Ing. Marcus Bär
• Carl von Ossietzky Universität Oldenburg (UOL), Institut für Physik, Prof. Dr. Caterina Cocchi

Kontakt: Gülen Ceren Tok, ceren.tok(at)tum.de

AQua – PoP: Entwicklung von In-Situ- und Operando-Methoden

Das Projektziel von AQua – PoP ist die Entwicklung von (v.a. spektroskopischen) In-Situ- und Operando-Methoden zur materialchemischen und elektrochemischen Charakterisierung und Analytik, um grundlegendes Verständnis von kommerziellen und zukünftigen Anoden- und Kathodenaktivmaterialien für Lithiumionenbatterien zu erlangen.

TUM Partner: Lehrstuhl für Technische Elektrochemie (TEC)

Projektrahmen: BMBF Kompetenzcluster für  Analytik/Qualitätssicherung (Aqua)

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Gesamtfördervolumen von 1.5 Mio €

Laufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2023

Partner:

• Physikalisch Chemisches Institut & Zentrum für Materialforschung der Justus-Liebig-Universität Gießen
• Gemeinschaftslabor für Elektronenmikroskopie (GFE) der RWTH Aachen und Ernst Ruska-Centrum für Mikroskopie und Spektroskopie mit Elektronen (ER-C 2) des Forschungszentrums Jülich

Kontakt: Stefan Oswald, stefan.oswald(at)tum.de

Im Projekt HysKaDi werden Aktivmaterialien der nächsten Generation, wie Silicium für die Anode und Lithium- und Mangan-reiche NCMs für die Kathode untersucht. Diese Aktivmaterialien weisen bei der Zyklisierung in der Batteriezelle eine erhebliche Hysterese im Ruhepotential auf, die zu einer verminderten Effizienz und einer höheren Wärmelast führt. Diese Phänomene werden mittels Kalorimetrie untersucht. Hinzu kommt, dass Silicium-basierte Anoden beim Laden eine signifikante Volumenausdehnung aufweisen, welche mittels Dilatometrie analysiert wird. Ziel des Projekts ist es, mit den generierten Erkenntnissen die Betriebsgrenzen für eine optimierte Lebensdauer von Zellen dieser Generation zu bestimmen. Darauf aufbauend gilt es die Auslegung eines Wärmemanagements und die mechanische Fixierung der Zelle zu optimieren.

TUM Partner: Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES), Lehrstuhl für Technische Elektrochemie (TEC)

Projektrahmen: Kompetenzcluster für Analytik/Qualitätssicherung (Aqua)

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF), Gesamtfördervolumen von 1.5 Mio €

Laufzeit: 01.11.2020 – 31.10.2023

Partner:

• Lehrstuhl für Elektrische Energiesysteme an der Universität Bayreuth (UBT-EES)
• Akkumulatoren Materialforschung am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Ulm (ZSW-ECM)

Kontakt: Clara Berg; clara.berg(at)tum.de

Die Querschnittsplattform Produktion des BMBF-Kompetenzclusters "FestBatt 2" („FB2-Prod“) arbeitet interdisziplinär an der Herstellung, Optimierung, Verarbeitung und Hochskalierung von Festkörperbatterien und deren Komponenten. Das zentrale Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung und Erforschung einer skalierbaren, qualitätsgesicherten Produktion leistungsfähiger Festkörperbatterien auf Basis der in den Materialplattformen des Clusters untersuchten Festelektrolyte.

TUM Partner: Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften (iwb)

Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)

Laufzeit: 01.11.2021 – 31.10.2024

Partner:

• TU Braunschweig (IWF)
• Karlsruher Instituts für Technologie (wbk)
• Institut für Partikeltechnik (iPAT, TU BS)
• Fraunhofer Institute für Fertigungstechnik und angewandte Materialforschung (IFAM), für Keramische Technologien und Systeme (IKTS), für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) sowie für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS)
• Forschungszentrum Jülich

Kontakt: Vincent Höfler; vincent.hoefler(at)iwb.tum.de

Reduzierung von Stromkosten für produzierende Unternehmen

Das Projektkonsortium SmartB4P zielt darauf ab, die Amortisationszeit von Batteriespeichern in der Produktion im Vergleich zu bestehenden optimierenden Ansätzen signifikant zu senken, dabei gleichzeitig die Reaktionsfähigkeit der Steuerung zu erhöhen und den erforderlichen Rechenaufwand um eine Vielfaches zu reduzieren.

TUM Projektpartner:  Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik (EES)

Förderung: Fördersumme von 0,8 Mio.€, gefördert durch die Bayerische Forschungsstiftung

Partner: Fraunhofer IGCV, Firmen Smart Power, meteocontrol, Bayernwerk Natur GmbH, Bolta Werke GmbH, ITQ GmbH und die MAN Energy Solutions SE

Website/Kontakt: EES, Holger Hesse, Dr. rer. nat, holger.hesse(at)tum.de

Exzellenz-Zentrum für Batterie-Zellen - Laufzeit 2012-2015 (Phase I)

Im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Programm „ExcellentBattery“ wurde das Exzellenz-Zentrum für Batterie-Zellen an der TU München (ExZellTUM) aufgebaut, mit dem Ziel, neue Energiespeichersysteme zu entwickeln. Das BMBF unterstütze das Projekt mit 4,3 Millionen Euro.  Neben vier Partnern der TUM waren auch die Fraunhofer-Gesellschaft und mehrere führende Unternehmen beteiligt. Die TUM bündelt in dem Vorhaben ihre fachübergreifenden Kompetenzen zur Entwicklung, Produktion und Prüfung von Energiespeicherzellen für die Elektromobilität. Der Schwerpunkt lag dabei auf dem Design neuartiger Materialsysteme, mit denen sich die Energiedichte der Zellen steigern lässt.

Exzellenz-Zentrum für Batterie-Zellen - Laufzeit 2016-2019 (Phase II)

Im "Exzellenzzentrum für Batteriezellen an der Technischen Universität München“ wird die komplette Prozesskette der Fertigung leistungsfähiger elektrischer Energiespeicher in einem Kompetenzzentrum abgebildet. Damit werden die fachlichen Bereiche Chemie, Elektrotechnik, Physik und Maschinenwesen an einem Standort interdisziplinär vernetzt. Das Projekt ExZellTUM betrachtet die Optimierung bestehender Produkte und Fertigungsprozesse sowie die Entwicklung neuer Systeme für zukünftige elektrische Energiespeicher. Das Ziel ist die Erforschung und Optimierung von Silicium-Anoden und Hochvolt-Kathoden in großformatigen Lithium-Ionen-Zellen sowie die prozessübergreifende Optimierung der Fertigungsschritte. Das Nachfolgeprojekt ExZellTUM III läuft bis Oktober 2022. [MEHR]