Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen FINO

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Im Projekt OSTSTROM wurde von 2012 bis 2015 die elektrochemische Mikro- und Nanostrukturierung von Stromsammlern für Batterieelektroden der nächsten Generation zur Steigerung der Energieeffizienz und Zyklenfestigkeit untersucht.

Das Projekt wurde im Rahmen des "IngenieurNachwuchs2012"-Programms unter dem Förderkennzeichen 03FH013I2 vom BMBF gefördert.

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Im Projekt "3D-Kathoden" wurde von April 2014 bis September 2016 in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie fem in Schwäbisch Gmünd ein neuer Aufbau für Lithium/Schwefel-Akkumulatoren erforscht. Das Folgeprojekt zur Entwicklung einer 3D-Zelle startete am 01.10.2016.

Das IGF-Vorhaben 18127 N der Forschungsvereinigung Edelmetalle+Metallchemie wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.


Moderne Energiespeichersysteme haben die Möglichkeiten für portable Anwendungen in den letzten beiden Jahrzehnten enorm erweitert. Die Ansprüche moderner Smartphones, Tablets, hybrider und erster vollelektrifizierter Fahrzeuge sind jedoch so hoch, dass die Leistungsfähigkeit der Batterie immer noch limitierend wirkt. Die zunehmende Gewichtsreduzierung von mobilen Endgeräten und Elektrofahrzeugen sowie hohe Ambitionen bezüglich deren Laufzeiten und Reichweiten erfordern daher den Übergang auf eine Batterie-Technologie mit deutlich höherer theoretischer Kapazität, spezifischer Energie und Energiedichte.

Gegenwärtig richtet sich der Fokus der Akkumulatorforschung auf das als Nachfolger der Lithium-Ionen-Technologie geltende System Lithium/Schwefel, für welches eine Kommerzialisierung in rund zehn Jahren erwartet wird. Die Herausforderungen bezüglich einer serienreifen Umsetzung sind jedoch vielfältig. Unter anderem besteht bei Verwendung von elementarem Lithium durch Bildung von Dendriten im Ladevorgang ein hohes Gefahrenpotential für einen internen Kurzschluss, infolge dessen es zu einem Brand. bzw. einer Explosion der Batterie kommen kann. Im Rahmen des Projekts GaLiLeA – Galvanoformung hybrider Lithium-Legierungsanoden soll ein neuartiger Anodenverbund entwickelt werden, der diese Sicherheitsproblematik beseitigt. Gleichzeitig soll die Neuentwicklung gegenüber den derzeitig verwendeten Elektroden zahlreiche Vorteile sowohl hinsichtlich der elektrischen als auch der mechanischen Eigenschaften mit sich bringen.

Im Fokus der Arbeiten stehen hier zunächst Screenings von möglichen Materialien für das Verbundmaterial, die Optimierung der galvanischen Abscheideparameter sowie der Aufbau erster Lithium-Schwefel-Testzellen unter Verwendung der neuen Anoden. Durch die Einbindung der Partnerunternehmen von Beginn an liegt ein Schwerpunkt auf der industriellen Umsetzbarkeit der Projektidee. Dies ermöglicht im Erfolgsfall eine rasche großtechnische Realisierung.

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Im Projekt GaLiLeA werden seit April 2015 neuartige Anoden für Lithium-Schwefel-Akkumulatoren mit einer Schlüsselrolle z. B. im Bereich der Elektromobilität erforscht.

Das Projekt wird im Rahmen des "FHprofUnt 2014"-Programms unter dem Förderkennzeichen 03FH033PX4 vom BMBF gefördert.

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Energiespeicher sind die zentralen Schlüsselelemente in der heutigen Zeit, die von Energiewende, Klimaschutz und Nachhaltigkeit geprägt ist. Während die Zahl der Windkraft- und Solaranlagen weiterhin rasant ansteigt, ist die Frage nach der Speicherung der damit erzeugten Energie noch immer nicht geklärt. Mit dem 6. Energieforschungsprogramm unterstützt die Bundesregierung Unternehmen und Forschungseinrichtungen dabei, neue Technologien für die Energieversorgung von morgen zu erforschen und zu entwickeln. Im Rahmen dieser Fördermaßnahme startete im April das Verbundprojekt „S-FLOW – Wieder aufladbare Lithium-Batterie mit einer Schwefel-FLOW-Kathode“, dessen Ziel die Entwicklung eines kostengünstigen und leistungsfähigen stationären Speichers ist.

Prof. Dr. Sörgel vom Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen ist einer der Projektpartner, der maßgeblich an der erfolgreichen Antragsstellung beteiligt war. In dem Verbundprojekt, dem ein Gesamtbudget von über 2 Millionen Euro zu Grunde liegt, forschen neben der Hochschule Aalen das Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie fem in Schwäbisch Gmünd, die Freudenberg New Technologies SE (Weinheim) sowie VARTA Storage im Unterauftrag der VARTA Microbattery GmbH (Ellwangen). Projektkoordinator ist der erfahrene Projektleiter Dr. Martin Krebs von VARTA Microbattery.

Lithium/Schwefel-Akkumulatoren gelten aufgrund ihrer hohen theoretischen Energiedichte, ihrer Umweltfreundlichkeit und der zu erwartenden niedrigeren Kosten als designierte Nachfolger der Lithium-Ionen-Technologie. Seit 2013 forscht die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Sörgel vom Forschungsinstitut für Innovative Oberflächen FINO im mittlerweile fünften geförderten Projekt intensiv an diesem Thema. Die Arbeitsgruppe nutzte zum ersten Mal galvanotechnische Verfahren, um ein neues, innovatives Kathodenmaterial herzustellen, das in 2014 von der Hochschule Aalen zum Patent angemeldet worden ist. Auch im Projekt „S-FLOW“ spielt die Galvanotechnik bei der Erforschung des neuen Akkumulators eine entscheidende Rolle. Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer neuartigen Lithium/Schwefel-Semi-Flow-Batterie. Redox-Flow-Batterien sind elektrochemische Energiespeicher, welche elektrische Energie unter Verwendung flüssiger Elektrolyte speichern. Sie werden derzeit vor allem aufgrund ihrer einfachen Skalierbarkeit, hohen Effizienz, Langlebigkeit und des schnellen Ansprechverhaltens als stationäre Energiespeicher verfolgt. Die im Projekt „S-FLOW“ neu zu entwickelnde Semi-Flow-Batterie knüpft hier an und kombiniert auf gewinnbringende Weise viele Vorteile der Lithium/Schwefel-Technologie mit denen der Polysulfid-Flow-Batterien, wobei zugleich einige der bekannten Nachteile beider Batteriearten eliminiert werden. Ergebnis ist ein Batteriekonzept mit deutlich höherer Energiedichte, verbesserter Materialausnutzung und Zyklenfestigkeit.

Das Kick-Off Meeting zum Projektstart fand bereits im Mai an der Hochschule Aalen statt. Alle Projektpartner waren sich einig: sie freuen sich auf die Herausforderung und die Zusammenarbeit in den nächsten drei Jahren.

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Im Verbundprojekt S-Flow wird seit April 2016 in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut für Edelmetalle und Metallchemie fem in Schwäbisch Gmünd, Freudenberg New Technologies SE (Weinheim) sowie VARTA Storage im Unterauftrag der VARTA Microbattery GmbH (Ellwangen) eine wieder aufladbare Lithium-Batterie mit Schwefel-FLOW-Kathode erforscht.

Das Projekt wird im Rahmen des 6. Energieforschungs-
programms der Bundesregierung unter dem Förderkennzeichen 03ET6084D vom BMWi gefördert.

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Im Projekt "Sichere 3D-Li/S-Zelle" wird seit Oktober 2016 in Zusammenarbeit mit dem Forschungsinstitut Edelmetalle + Metallchemie fem in Schwäbisch Gmünd an der Entwicklung einer Lithium/Schwefel-Zelle mit 3D-Zellkomponenten für eine gesteigerte Energieeffizienz, Zyklenfestigkeit und Sicherheit geforscht.

Das IGF-Vorhaben 19134 N der Forschungsvereinigung Edelmetalle+Metallchemie wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der Industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.

Das Impulsprojekt "LiMaProMet" ist Teil des Gesamtvorhabens "Smarte Materialien und intelligente Produktionstechnologien für energieffiziente Produkte der Zukunft (SmartPro)" der Hochschule Aalen.

Projektstart ist voraussichtlich im Frühjahr 2017.