CryPhysConcept

Mit Kristallphysik zum Zukunftskonzept elektrochemischer Energiespeicher

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.10.2012 bis 30.04.2016
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 6.151.900,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Förderkennzeichen: 03EK3029A

Technische Universität Bergakademie Freiberg, Fakultät für Chemie und Physik - Institut für Experimentelle Physik
09596 Freiberg
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Teilprojekt 2

KriWes und NME

Förderkennzeichen: 03EK3029B

Fraunhofer-Institut für Integrierte Systeme und Bauelementetechnologie, Fraunhofer Technologiezentrum Halbleitermaterialien
09599 Freiberg
zum Internetauftritt

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik
01277 Dresden
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Teilprojekt 3

Oxidische Materialien für elektrochemische Energiespeicher (Oxeen)

Förderkennzeichen: 03EK3029C

Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik e. V. Meinsberg
04736 Waldheim
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Fördergeber: BMBF, Referat 722

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
EA6010 Grundlagenforschung Energie

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Elektrochemische Energiespeicher sind, neben ihrer Bedeutung für die Elektromobilität, insbesondere für den Ausbau dezentraler stationärer Anwendungen in Zusammenhang mit regenerativer Stromerzeugung unerlässlich. Dies betrifft neben der Gewährleistung der Netzstabilität besonders den Ausbau der regional autarken Energieversorgung. Es ist das übergeordnete Ziel des BMBF-Verbundprojekts CryPhysConcept, einen Beitrag zur verstärkten Nutzung von erneuerbaren Energien zu leisten sowie eine Erweiterung und Verbesserung der grundlegenden Verständnisse zur thermischen, elektrischen und stofflichen Speicherung von Energie zu leisten. Dementsprechend zielt CryPhysConcept auf die Entwicklung eines Zukunftskonzepts für elektrochemische Energiespeicher sowie dessen Umsetzung und Heranführung an den Markt.

Neben Beiträgen zur Fortentwicklung etablierter Technologien zielt das Vorhaben zentral auf die Bereitstellung von Konzepten und Materialien, die voraussichtlich vollkommen neue Asätze darstellen werden. Bezüglich eines Technologietransfers sollen diese ideal auf die Anwendungsfälle autarker Energieversorgungssysteme in Zusammenhang mit regenerativer Stromerzeugung unter Berücksichtigung strategischer Ressourcen-, Umwelt- und Kostenfragen angepasst sein.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Für das Erreichen der Projektziele stehen neben Präparation und Analyse moderne Methoden der Kristallographie, der Kristallchemie und der kristallphysikalischen Struktur- und Eigenschaftsvorhersage im Zentrum der Arbeiten. Der Klasse der oxidischen Kristalle wird dabei besondere Aufmerksamkeit gewidmet, da sie eine breite Palette von gekoppelten (Energiewandlungs-)Phänomenen aufweisen, welche bisher überwiegend Verwendung in elektronischen Bauteilen finden. Außerordentlich interessante Stoffe mit noch ungeahnten Potenzialen stellen auch Biominerale dar. Diese natürlichen Komposite sind wichtige Substanzen in der belebten Natur und hervorragend an Prozesse angepasst, die mit den elektrochemischen Prozessen vergleichbar sind. Im Rahmen des Projekts werden folglich auch diese Materialien und biomimetische Prinzipien hinsichtlich neuartiger elektrochemischer Speicherkonzepte untersucht.

Arbeitsschwerpunkte betreffen:
• Ressourcen-, Umwelt- und Recyclingbetrachtungen zur umfassenden Bewertung der chemischen Elemente, Anodenmaterialien und Batterietechnologien (TUBAF),
• Kombination kristallographischer, kristallphysikalischer und kristallchemischer Methoden zur Identifikation neuer Festelektrolyt- und Kathodenmaterialien (TUBAF),
• Nutzung kristallphysikalischer Kopplungsphänomene für die innovative elektrochemische Stoff- und Energiewandlung (TUBAF),
• Einbeziehung biomimetischer Konzepte (TUBAF),
• Schichtentwicklung und Herstellung geeigneter Anoden-, Elektrolyt- und Kathodenschichten (IWS),
• Entwicklung von Technologien zur Herstellung von kristallinen Funktionswerkstoffen (Festelektrolyte und Kathodenmaterialien) für elektrochemische Energiespeicher (THM),
• Einführung neuer Untersuchungs- und Synthesemethoden zu oxidischen Materialsystemen (Festelektrolyte, Elektroden) für elektrochemische Energiespeicher (KSI),
• Fertigung von Labormustern (IWS, KSI, THM, TUBAF).


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die neu entwickelten Methoden, Konzepte und Materialien sollen einerseits zur Verbesserung des Verständnisses und des Kenntnisstands hinsichtlich elektrochemischer Energiewandlung und -speicherung beitragen sowie andererseits die Bereitstellung gänzlich neuer Technologieansätze ermöglichen. Zur Sicherung und Kommunikation des erlangten Kenntnisstands und zur Unterstützung eines Technologietransfers kommt daher einer Patentierungsstrategie eine hohe Bedeutung zu.

Dementsprechend soll das Vorhaben dazu beitragen, einen Technologievorsprung der deutschen Industrie im Segment der stationären elektrochemischen Energiespeicherung aufzubauen, um im Wettbewerb mit den vorwiegend asiatischen Technologieführern zu bestehen. Durch Berücksichtigung strategischer Ressourcen-, Umwelt- und Kostenfragen sowie hoher Sicherheitsanforderungen, Lebensdauern und großem spezifischem Speichervermögen werden die Konzepte ebenso Beitragen die gesellschaftliche Akzeptanz der Energiewende in Deutschland zu verbessern und damit den Ausbau der erneuerbaren Energien zu begünstigen.


Galerie

Energiespeicher - Forschungsinitiative der Bundesregierung

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Festkörper-Batterien, Metall-Ionen-Batterien, Metall-Schwefel (nicht thermal), neue Batterie-Konzepte

Anwendungsfelder

stationär, mobil, portabel

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Festkörper-Batterien Natrium Elektrolyt keramisch oxidisch

Festkörper-Batterien Dünnschicht

Festkörper-Batterien Aluminium

Metall-Ionen-Batterien

Metall-Ionen-Batterien Aluminium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal) Natrium-Schwefel

neue Batterie-Konzepte

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden

Zelle Separator

Zelle Elektrolyt flüssig Gelmembran

Zelle Elektrolyt fest

Forschungsbereiche

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese Aktivmaterial

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese Elektrolyt- und Elektrolytkomponenten

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese Inaktivmaterial

Anwendungsfelder

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Festkörper-Batterien Dünnschicht

Metall-Ionen-Batterien Aluminium-Ionen-Batterien

neue Batterie-Konzepte

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden

Zelle Elektrolyt fest

Forschungsbereiche

Produktion Testzelle mit keramischem Elektrolyt Elektrodenfertigung

Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse

Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Röntgenreflektometrie

Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Mikroskopie Rasterelektronen

Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Röntgendiffraktometrie

Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch

Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung Entwicklung von Testmethoden

Anwendungsfelder

mobil

portabel

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Festkörper-Batterien

Forschungsgegenstand

Zelle Elektroden

Zelle Elektrolyt fest keramisch oxidisch

Forschungsbereiche

Material-, Bauteil- und Systementwicklung verbesserte Eigenschaften Senkung der Arbeitstemperatur

Material-, Bauteil- und Systementwicklung verbesserte Eigenschaften Leitfähigkeit

Material-, Bauteil- und Systementwicklung verbesserte Eigenschaften kinetische Eigenschaften

Material-, Bauteil- und Systementwicklung verbesserte Eigenschaften Lebensdauer

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese

Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese Elektrolyt- und Elektrolytkomponenten

Analytik und Charakterisierung

Anwendungsfelder

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung unabhängige Einrichtung

Verbundprojektleiter

Herr Prof. Dr. Dirk C. Meyer
TU Bergakademie Freiberg
Institut für Experimentelle Physik
Leipziger Str. 23
09596 Freiberg

Telefon: +49 3731 39-2860
Fax: +49 3731 39-4314
E-Mail: Dirk-Carl.Meyer@physik.tu-freiberg.de


Pressekontakt

kein Pressekontakt

Typ Inhalt Aktion
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