Ausführliche Beschreibung des Teilprojektes

Herausforderungen und Ziele

Das Teilprojekt, welches an der Universität Hamburg im Rahmen des Projekts SINGER bearbeitet wird, gliedert sich in zwei Arbeitspakete, die sich mit den Eigenschaften von Materialien für Lithium-Ionen-Batterien auseinandersetzen.

Ziel des Arbeitspakets 3.1 ist Qualitätsstandards für die in der Kathode, Anode und dem Elektrolyten zum Einsatz kommenden Materialien zu erarbeiten. Hierfür sollen in Deutschland und China kommerziell erhältliche sowie aber auch neu synthetisierte Materialien untersucht und miteinander verglichen werden. Zum aktuellen Zeitpunkt bestehen noch keine allgemeinen Standards, welche die notwendige Qualität der zentralen Materialkomponenten von Kathode, Anode und dem Elektrolyten in Lithium-Ionen-Batterien vorgeben. Diese sind aber essentiell, um a) die jeweilige Güte der Materialien vergleichen zu können und um b) auch deren Eigenschaften und damit die Gesamtperformance der Batterien optimieren und weiterentwickeln zu können.

Ziel des Arbeitspakets 3.2 ist die Entwicklung neuer Syntheseansätze zur Optimierung der Aktivmaterial-Kohlenstoff-Komposite von Lithiummetallphosphaten hinsichtlich ihrer Performance während der Schnellladung, wobei die Erhöhung der elektrochemischen Kapazität im Vordergrund steht. Metallphosphate eignen sich als Kathodenmaterial, da sie sich durch eine hohe chemische Stabilität, einen geringen Preis und eine lange Lebensdauer auszeichnen. Jedoch besitzen sie eine geringe elektrische Leitfähigkeit. Dieser Umstand erfordert immer eine Mischung mit leitfähigem Kohlenstoff, wobei die Performance am Ende sehr stark von der Art des Kohlenstoffs und dem direkten physikalischen Kontakt mit dem Aktivmaterial abhängt. Im Arbeitspaket soll deshalb ein besonderer Augenmerk auf die Kohlenstoffkomponente gelegt werden.

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.01.2014 bis 31.07.2017
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 613.093,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: 613.093,00 €

Ausführliche Beschreibung des Verbundprojektes

Herausforderungen und Ziele

Gegenstand des Projekts SINGER ist der fachliche Austausch und die gemeinsame Erprobung und Evaluation von Elektrofahrzeugen durch Unternehmen, Forschungseinrichtungen und Behörden der chinesischen Stadt Shenzhen und der Freien und Hansestadt Hamburg. Im Rahmen dieses Projektes werden die für beide Metropolen relevanten Fragen, wie Elektromobilität zu einer nachhaltigen Stadtentwicklung beitragen kann, welche Einsatzfelder für Elektrofahrzeuge im Kontext einer klimaschonenden Stadtentwicklung besonders geeignet sind und wie die Rahmenbedingungen dafür passend zu gestalten sind, gemeinsam von Partnern aus Wissenschaft, Wirtschaft sowie Behörden und Politik ermittelt und bewertet.

Im Rahmen des bilateralen fachlichen Austausches werden sowohl übergeordnete strategische Fragestellungen etwa in der Stadt- und Verkehrsplanung bearbeitet, wie auch praktische Nutzungskonzepte und Erfahrungen im Sinne von Best Practices verglichen. Die gemeinsame Arbeit an Materialien zur verbesserten Leistung und einer erhöhten Energiedichte von Batterien, fördert deren künftige Einheitlichkeit und Marktfähigkeit.

Während des Besuchs der Hamburger Forschungspartner in Shenzhen wurde mit der Peking Universität Shenzhen (PKUSZ) eine Kooperationsvereinbarung (UHH-HAW-PKUSZ) geschlossen. So wurde u. a. vereinbart, dass Proben von Batterien (Rohstoffe, Elektroden von der PKUSZ) sowie komplette Zellen bis zu 60 Ampere zwischen den Partnern ausgetauscht werden. Auch Ausstattung für Zelluntersuchungen wird gegenseitig genutzt, etwa für die Prüfgeräte, Zellproduktion, selbst erstellte Elektronik, Sensorik und Testzellen.

Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Bei der Optimierung von Kathodenmaterial für Schnellladungen werden neue Syntheseansätze entwickelt, um FePO4- und LiFePO4-Nanopartikel in einheitlichen Größen zwischen 30 und 300 nm und unporöse bzw. nanoporöse dicht anliegende Kohlenstoffschalen mit Dicken zwischen 2 und 10 bzw. 10 bis 100 nm unter verschiedenen Synthesebedingungen herzustellen. Hierbei steht am Ende die Erhöhung der elektrochemischen Kapazität unter diesen Bedingungen im Vordergrund der Arbeiten.

Die Forschungsarbeiten der HAW im aktuellen Berichtszeitraum zu den verschiedenen einflussnehmenden Faktoren lassen den Rückschluss zu, dass sich mithilfe eines im Rahmen des Projektes entwickelten Zellsensors die Lebensdauer einer Batterie um ca. 30 Prozent verlängern ließe. Wenn ein solcher Sensor auf jede einzelne Zelle gesetzt wird, ermittelt dieser zellgenau State of Charge (SoC) sowie State of Health (SoH). Mithilfe dieser Informationen kann das Batteriemanagementsystem die Zellen so ansteuern, dass eine gleichmäßigere Alterung stattfindet, welche die Lebensdauer der Batterie verlängert. Zudem können einzelne schadhafte Zelle auf diese Weise gezielt ermittelt und ausgetauscht werden.

Quelle: https://www.now-gmbh.de/de/modellregionen-elektromobilitaet/projektfinder/ueberregionale-projekte/singer (jüngster Zugriff:16.10.2017)

Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Metall-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

mobil

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung

schwarze Schlagworte: charakterisieren das Teilprojekt
graue und schwarze Schlagworte: charakterisieren das komplette Verbundprojekt

Teilprojektleiter

Herr Prof. Dr. Michael Fröba
Universität Hamburg
Fakultät für Mathematik, Informatik und Naturwissenschaften - Fachbereich Chemie - Institut für Anorganische und Angewandte Chemie - Arbeitskreis Anorganische Festkörperchemie/Materialwissenschaft
Martin-Luther-King-Platz  6
20146 Hamburg
zum Internetauftritt

Telefon: +49 40 42838-3100
E-Mail: froeba@chemie.uni-hamburg.de

Verbundprojektleiter

Herr Christoph Steinkamp
hySolutions GmbH
Steinstr. 25
20095 Hamburg

Pressekontakt für Verbundprojekt

kein Pressekontakt