Forscher des Fraunhofer Instituts bauen derzeit eine Forschungs- und Demonstrationsplattform für lokale, intelligente Energiesysteme auf, die verschiedene Technologien und Energieformen – Strom, Wärme, Kälte und Wasserstoff – in einem optimierten Gesamtsystem vereint. Ein Fokus liegt dabei auf erneuerbaren Energien.
Beteiligt an dem Projekt „SEEDs“ sind Forscher des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie IISB, des Fraunhofer-Instituts für Integrierte Schaltungen IIS und des Fraunhofer-Instituts für Silicatforschung ISC. Neben der Entwicklung, Umsetzung und Validierung von Demonstratoren bilden vier Themenfelder den Forschungsschwerpunkt im Projekt SEEDs:
- Gleichstrom-Netze und elektrische Speicher
- Versorgungsnetzsimulatoren
- Gas-Strom-Kopplung
- Kältesysteme
Das Fraunhofer ISC liefert dafür einen neuen Batterie-Prototypen.
Was beeinflusst die Lebensdauer von Batterien?
Bisher gibt es in der Forschung keine umfassenden Kenntnisse über den genauen Zusammenhang zwischen der Verspannung – also wie und mit welcher definierten Kraft die Elektroden in der Batteriezelle verspannt sind – und ihrer Lebensdauer. Das Fraunhofer-FuE-Zentrum für Elektromobilität Bayern, Teil des Fraunhofer ISC, untersucht deshalb anhand von Demonstratorzellen, wie sich (evtl. inhomogene) Modulverspannungen, Druck, Temperatur und Elektrodenpotenzial auf die Lebensdauer und die Leistungsfähigkeit einer Batterie auswirken. Dafür entwickeln die Wissenschaftler „intelligente“ Zellen, die diese Einflussfaktoren ortsaufgelöst zellintern während des Betriebs messen können.
Die Sensorik wird direkt in die Lithium-Ionen-Zellen integriert. Sie ermittelt kontinuierlich den Zustand des gesamten Zellverbunds in Hinblick auf Lade- und Alterungsverhalten und gibt Auskunft darüber, wie sich verschiedene Betriebsbedingungen auf die Zellen auswirken. Als Druckmesser werden Sensoren verwendet, die sich aufgrund ihrer geringen Bauhöhe ideal für den Einbau in Zellmodule eignen und durch Verformung Druck- oder Krafteinwirkung messen.
Sensorik-Untersuchungen und Post-Mortem-Analyse
Zur Fertigung der intelligenten Zellen verfügt das Fraunhofer ISC über halbautomatisierte Fertigungsprozesse unter definierten Klimabedingungen. Die Elektroden werden vor Ort kontinuierlich per Rolle-zu-Rolle-Anlage im Reinraum beschichtet. Zum Vergleich werden Batteriemodule aus kommerziell erhältlichen Zellen aufgebaut und im tatsächlichen Betrieb getestet. Anschließend soll eine umfangreiche Post-Mortem-Analyse z. B. konstruktionsbedingte lokale Verspannungen identifizieren. Aus den Resultaten der zellinternen Sensorik-Untersuchung und der Post-Mortem-Analyse werden Handlungsempfehlungen für die Auslegung und Konstruktion von Zellen und Batteriesystemen entwickelt.
Forschungsprojekt „SEEDs“
Grundidee des Projekts „SEEDs – Aufbruch in die industrielle Energiewende – Intelligente Nutzung von Energie in KMUs“ ist eine nachhaltige Energieversorgung und -infrastruktur unter den speziellen industriellen Randbedingungen: extreme Leistungsspitzen, Netzrückwirkung, Blindleistung, sekundäre Energieformen (Kälte, Wärme, Prozessgase) und Verfügbarkeit. Durch Nutzung und Ausbau existierender Keimzellen (SEEDs) wird die Umsetzung einer nachhaltigen Energieerzeugung, -speicherung und -versorgung für Einheiten in der Größenordnung von Industrieanlagen erforscht und demonstriert. Das Projekt wird vom Bayerischen Ministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie im Programm „Aufbruch Bayern“ gefördert. (fei)