BenchBatt

Benchmarking und Evaluation der Leistungsfähigkeit und Kosten von Hochenergie- und Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Post-Lithium-Ionen Technologien

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.01.2016 bis 31.12.2018
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 3.027.774,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Förderkennzeichen: 03XP0047A

MEET - Münster Electrochemical Energy Technology
48149 Münster
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Westfälische Wilhelms-Universität Münster, Institut für betriebswirtschaftliches Management im Fachbereich Chemie und Pharmazie
48149 Münster
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Teilprojekt 2

Validierung von flüssigen, polymeren und festen Elektrolyten

Förderkennzeichen: 03XP0047B

Forschungszentrum Jülich GmbH - Institut für Energie- und Klimaforschung - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
52425 Jülich
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Helmholtz-Institut Münster – Ionenleiter für Energiespeicher (IEK-12)
48149 Münster
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Teilprojekt 3

Förderkennzeichen: 03XP0047C

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Battery LabFactory Braunschweig
38106 Braunschweig
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Teilprojekt 4

Förderkennzeichen: 03XP0047D

Justus-Liebig-Universität Gießen, FB 08 - Biologie und Chemie - Chemie - Physikalisch-Chemisches Institut
35392 Gießen
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Fördergeber: BMBF, Referat 511

Projektträger: PT-J

Leistungsplansystematik:
KB2220 Li-Ionen-Batterien

Förderprofil:
Technologie- und Innovationsförderung

Förderart:
PDIR

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Die Beantwortung der Frage, welche Batterietechnologie der nächsten Generation mit signifikant höheren Energieinhalten sich gegenüber der Lithium-Ionen-Batterie (LIB), also dem heutigen Stand der Technik, wird durchsetzen können, ist noch immer offen. Das Verbundprojekt BenchBatt beschäftigt sich mit der Validierung und Evaluierung von neuartigen Hochenergie- und Hochvolt-LIB im Vergleich zu alternativen Batteriesystemen (AB), dabei insbesondere dem Lithium-Luft-System, dem Lithium-Schwefel-System und Natrium-basierten Batterien (Natrium-Ionen- sowie Natrium-Luft-Batterien) als auch den Feststoffbatterien.

Die zentrale Fragestellung betrifft die zukünftige Konkurrenzfähigkeit bezüglich spezifischer und volumetrischer Energie sowie Kosten und perspektivische Materialverfügbarkeit von energieoptimierten LIB gegenüber realisierungsfähigen AB in Hinblick auf automobile und stationäre Anwendungen. LIB lassen sich generell durch die Wahl geeigneter Material-, Prozess- und Systemparameter entweder als Hochenergie- oder als Hochleistungssystem auslegen. Gegenüber LIB stellen AB hingegen sehr viel höhere theoretische Energieinhalte in Aussicht. Allerdings befinden sich die AB, dabei insbesondere das Lithium-Luft-System, technologisch noch immer im Grundlagenforschungsstadium, während sich die LIB-Technologie stetig weiterentwickelt.

Innerhalb von BenchBatt soll systematisch untersucht werden, inwieweit die zurzeit verwendete LIB-Technologie bezüglich ihrer Energiedichte weiter optimiert werden kann, wobei bewusst (verträgliche) Abstriche in der Leistung in Kauf genommen werden. Hierbei soll erörtert werden, ob sich eine solche energieoptimierte Lithium-Ionen-Zelle mittelfristig gegenüber zukünftigen Batterietechnologien wird behaupten können.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

BenchBatt beinhaltet einen theoretischen Teil, in welchem die Energieinhalte von heutigen und energieoptimierten LIB sowie die von AB-Technologien auf Material-, Elektroden- und Zellebene errechnet werden soll. Außerdem soll eine ausführlichen Kosten- und Ressourcenanalyse der konkurrierenden Batterietechnologien erfolgen. Im Rahmen der Kostenbetrachtung wird auch ein Werkzeug zur Bewertung der Lebenszykluskosten von LIB und AB entwickelt.

Des Weiteren enthält das Projekt einen experimentellen Teil, in welchem eine Validierung der jeweiligen Technologien auf Material-, Prozess- und Zellebene erfolgt. Zahlreiche etablierte und sich noch in der Entwicklung befindlichen Aktivmaterialien (inkl. metallisches Lithium und Silicium-Kohlenstoff-Komposite als Anoden sowie Lithium-reiche Schichtoxide und Hochvoltspinelloxide als Kathoden) sollen einander gegenübergestellt werden. Neben der Materialwahl soll der Einfluss unterschiedlicher Elektrodeneigenschaften (Schichtdicke, Porosität bzw. Verdichtungsgrad, Leitrußgehalt) sowie des gewählten Zelldesigns auf die Energiedichte, Lebensdauer und Leistungsfähigkeit der resultierenden Batterie erfolgen. Für die AB soll eine Validierung der Schwefel-Kathode für Lithium-Schwefel - sowie der Gasdiffusionselektrode für Lithium-Luft-Systeme durchgeführt werden.

Für eine maximale Lebensdauer der resultierenden Batterietechnologie soll eine Optimierung der verwendeten Zellkomponenten erfolgen. Dies betrifft insbesondere die Wahl des Elektrolytsystems (Lösungsmittel, Leitsalz und Additive), welches auf die jeweiligen Aktivmaterialien abgestimmt werden muss.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Die Ergebnisse von BenchBatt sollen eine frühzeitige, realistische und wissenschaftlich fundierte Einschätzung der zukünftigen Konkurrenzfähigkeit der Technologien der nächsten Generation, u. a. hinsichtlich ihrer Energiedichte, Kosteneffizienz und Ressourcenverfügbarkeit, ermöglichen. Somit leistet das Projekt eine wichtige Hilfestellung zur Beantwortung der Frage, auf welche Batterietechnologie sich industrielle und universitäre Forschungsanstrengungen in naher Zukunft fokussieren sollten, um dem Ziel leistungsfähiger, kostengünstiger und langlebiger elektrochemischer Hochenergieenergiespeicher weiter näher zu kommen.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien, Metall-Schwefel (nicht thermal), Metall-Luft

Anwendungsfelder

mobil, stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal)

Metall-Luft

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Elektrolyt Festkörper

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien Hochenergiesystem

Metall-Schwefel (nicht thermal)

Metall-Luft

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal)

Metall-Luft

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 4

Energiespeichertyp

Metall-Ionen-Batterien Lithium-Ionen-Batterien

Metall-Schwefel (nicht thermal)

Metall-Luft

Anwendungsfelder

mobil

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Verbundprojektleiter

Herr Prof. Martin Winter
Westfälische Wilhelms-Universität Münster
MEET Batterieforschungszentrum
Corrensstr. 46
48149 Münster

Telefon: +49 251 83-36031
Fax: +49 251 83-36032
E-Mail: martin.winter@uni-muenster.de


Pressekontakt

Herr Prof. Martin Winter
Corrensstr. 46
48149 Münster
Telefon: +49 251 83-36031
Fax: +49 251 83-36032
E-Mail: martin.winter@uni-muenster.de

Typ Dateiname Aktion
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