ARTEMYS
Skalierbare, kostengünstige Fertigungstechnologien für Kompositkathoden und Elektrolytseparatoren in Festkörperbatterien
Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.07.2017 bis 30.06.2020
Fördersumme der angegebenen
Teilprojekte: 5.953.240,00 €
Projektvolumen der angegebenen
Teilprojekte: keine Angabe
Projektpartner Teilprojekte auf Karte zeigen
Teilprojekt 1
Elektrodenentwicklung und Prototypenbau von Festkörperbatterien
Förderkennzeichen: 03XP0114A
Robert Bosch GmbH Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung
71272 Renningen
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Teilprojekt 3
Anforderungen, Zell- und Verschaltungskonzepte, Sicherheitsuntersuchungen, Verarbeitbarkeit und Prozessierung
Förderkennzeichen: 03XP0114C
BMW Group Werk Landshut
84030 Landshut
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Teilprojekt 4
Basismaterialien und Skalierung Lithiumionen-leitfähige Gläser bzw. Glaskeramiken
Förderkennzeichen: 03XP0114D
Ferro GmbH
60327 Frankfurt am Main
Teilprojekt 5
Förderkennzeichen: 03XP0114E
Glatt Ingenieurtechnik GmbH
99427 Weimar
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Teilprojekt 6
Entwicklung eines Sinterprozesses für Kompositkathodenfolien
Förderkennzeichen: 03XP0114F
Rehm Thermal Systems GmbH
89143 Blaubeuren-Seissen
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Teilprojekt 7
Laser- und Fertigungstechnologien für Festkörperbatterien
Förderkennzeichen: 03XP0114G
thyssenkrupp System Engineering GmbH - Standort Hohenstein-Ernsttahl, Research & Development
09337 Hohenstein-Ernstthal
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Teilprojekt 8
Förderkennzeichen: 03XP0114H
Tridelta Thermprozess GmbH
07629 Hermsdorf
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Teilprojekt 9
Förderkennzeichen: 03XP0114I
Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme
01277 Dresden
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Teilprojekt 10
In-situ- und In-operando-Charakterisierung von Feststoffzellen
Förderkennzeichen: 03XP0114J
Karlsruher Institut für Technologie – Fakultät für Physik – Institut für Nanotechnologie, Battery and Electrochemistry Laboratory
76344 Eggenstein-Leopoldshafen
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Teilprojekt 11
Aerosoldepositionsmethode keramischer Festkörperelektrolyte
Förderkennzeichen: 03XP0114K
Universität Bayreuth, Fakultät IV - Angewandte Naturwissenschaften - Lehrstuhl für Funktionsmaterialien
95447 Bayreuth
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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
Lithium-Ionen-Batterien mit Festkörperionenleitern und Lithiummetall-Anoden werden aufgrund ihrer potenziell höheren spezifischen Energiedichte und vorteilhafterer Sicherheit als vielversprechende Speichertechnologien für zukünftige Elektrofahrzeuge gesehen. Trotz signifikanter Erhöhung der Forschungsaktivitäten innerhalb der vergangenen Jahre und der Darstellung der technischen Funktionalität von Festkörperbatterien im universitären Labormaßstab fehlt es bis dato an Prozesstechnologien zur massenfertigungstauglichen Darstellung.
An diesem Punkt setzt das Verbundprojekt ARTEMYS an. Ziel ist es, geeignete Prozesstechnologien für die Herstellung von vollkeramischen Festkörperbatterien (insbesondere Kompositkathoden und Festelektrolytseparatoren) zu erarbeiten, diese bezüglich ihrer Skalierbarkeit zu bewerten und mit den geeigneten Technologien Musterzellen im Labormaßstab zur Validierung darzustellen. Somit wird eine sowohl prozesstechnologische als auch eine kostenbasierte Entscheidungsgrundlage für eine potenziell nachfolgende Industrialisierung am Standort Deutschland gelegt. Durch den Zusammenschluss von drei Forschungsinstituten bzw. Universitäten sowie acht Firmen zu einem Kompetenznetzwerk entlang der gesamten Wertschöpfungskette der Batteriefertigung wird notwendiges Know-how von der Materialherstellung und -aufarbeitung über die Elektroden-prozessierung und Zellherstellung inklusive der Fertigungsplanung bis hin zur Bewertung der Anwendung im Automobil gebündelt.
Die wissenschaftlichen Herausforderungen der Darstellung einer Festkörperbatterietechnologie werden im Projekt auf Basis einer detaillierten Elektroden- und Stackauslegung für Kompositkathoden und Separatoren mit Festkörperionenleitern adressiert. Dieses soll sowohl durch die Entwicklung geeigneter Fertigungstechnologien (etwa neue skalierfähige Sintertechnologien oder Kaltabscheideverfahren) als auch durch eine geeignete Wahl der Kombination von Aktivmaterial und Ionenleiter inklusive der Optimierung von Korn-, Oberflächen- und Mikrostruktur für den Aufbau der Elektroden erreicht werden.
Inhalt und Arbeitsschwerpunkte
Bei der Realisierung von Festkörperbatterien mit hinreichend hohen spezifischen Energien für automobile Anwendungen ergeben sich folgende wesentliche Herausforderungen:
• Realisierung eines defektfreien, über die Lebensdauer stabilen Elektrolytseparators (Vermeidung von Dendritenwachstum)
• Kompensation thermomechanischer Spannungen in der anorganischen Kompositkathode und im Elektrolyten (Atmen des Aktivmaterials, Anpassung der Ausdehnungskoeffizienten)
• Herstellung einer Kompositkathode mit geringer Restporosität bei gleichzeitiger Vermeidung von schädigenden Nebenreaktionen zwischen Aktivmaterial und Ionenleiter.
Diese Fragestellungen werden im Projekt auf Basis einer detaillierten Elektroden- und Zellauslegung für Kompositkathoden mit sulfidischen bzw. oxidischen Festkörperionenleitern durch folgende Ansätze adressiert:
• Entwicklung geeigneter Fertigungstechnologien (etwa neue skalierfähige Sintertechnologien oder Kaltabscheideverfahren)
• geeignete Wahl der Kombination von Aktivmaterial und Ionenleiter sowie Optimierung von Korn-, Oberflächen- und Mikrostruktur für den Aufbau der Kompositkathode.
Im Projekt werden zunächst werden die Anforderungen an Fertigungstechnologien sowie an das Zell- und Stackdesign aus Anwendungssicht (top-down) und Materialperspektive (bottom-up) erarbeitet. Darauf basierend werden die Basismaterialien (Kathodenaktivmaterialien, sulfidische und oxidische Ionenleiter, Lithium-Anode) bereitgestellt, untersucht und Skalierungsverfahren entwickelt und implementiert. Dies bildet den Anknüpfungspunkt für die Komponentenentwicklung, den Kathodenkompositen und Separatoren, auf Basis von oxidischen und sulfidischen Ionenleitern. Die Einzelkomponenten werden anschließend zu Zellprototypen (<1 Ah) aufgebaut und getestet. Anhand der Ergebnisse erfolgen eine Technologiebewertung sowie die Ableitung geeigneter Fertigungskonzepte inklusive der Abschätzung zu erwartender Material- und Prozesskosten.
Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung
Festkörperzellen könnten nach Einschätzung der ARTEMYS-Partner ab 2025 in Traktionsbatterien zum Einsatz kommen, dies bedeutet einen Technologiesprung mit signifikanter Auswirkung auf Produktions- und Prozesstechnik. Im Rahmen des Projektes wird ein grundlegendes Zell-, Prozess- und Produktions-Know-how oxidischer und sulfidischer Festkörperzellen erarbeitet, das bei positiver Bewertung der Technologie mittel- bis langfristig in der Industrie am Standort Deutschland umgesetzt werden kann.
Festkörperbatterien kommen aufgrund ihrer intrinsischen vorteilhaften Eigenschaften auch für zahlreiche andere Anwendungen in Frage, wie Consumer-Electronics, Power Tools oder stationäre Speicher für Nieder-, Mittel- und Hochspannungsnetze. Durch Verbesserung von Sicherheit und Energiedichte kann die Festkörperbatterietechnik zukünftig die Potenziale elektrochemischer Energiespeicher weiter signifikant erhöhen. Damit wird die Nutzung regenerativer Verfahren zur Erzeugung elektrischer Energie zukünftig stark unterstützt.
Das Projekt ARTEMYS bildet auf dem Gebiet der Festkörperbatterie ein einzigartiges Zusammenspiel von Forschungseinrichtungen, Materialherstellern, Anlagenbauern, Automobilzulieferer und OEM am Technologiestandort Deutschland. Das hier aufgebaute Kompetenznetzwerk wird eine nachhaltige Schnittstelle zwischen deutscher Industrie, Forschung und Entwicklung im Bereich der Elektromobilität werden.
Kurzkategorisierung
Energiespeichertypen
Festkörper-Batterien
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar, mobil
Förderempfänger
Industrie, Forschungs- und Entwicklungseinrichtung
Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts
Teilprojekt 1
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Format Pouch
Forschungsgegenstand
Zelle
Zelle Elektroden Kathode
Zelle Separator
Forschungsbereiche
Produktion Testzelle mit keramischem Elektrolyt
Produktion Testzelle mit keramischem Elektrolyt Elektrodenfertigung
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse Konzeptentwicklung
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Elektrodenprozessierung
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elektrode Rezeptur
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Bauteil- und Komponentenentwicklung Elekrolytformulierung
Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie Gebrauchsgüterhersteller
Industrie Industrie-, Gebäude und Haustechnik
Industrie Verpackungstechnik
Industrie Zulieferer
Teilprojekt 2
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie chemische Industrie
Teilprojekt 3
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode NMC Nickelreich 6:2:2
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Forschungsgegenstand
Batteriemodul Verschaltungstopologie
Zelle
Zelle Elektroden
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Sicherheit Bauteilcharakterisierung
Produktion Zelle mit keramischem Elektrolyt Assemblierung Einbringen in Verpackung
Produktion Zelle mit keramischem Elektrolyt Assemblierung Stapeln, Wickeln, Falten
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse Konzeptentwicklung
Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung
Analytik und Charakterisierung Anforderungsprofil bzw. -ableitung
Anwendungsfelder
mobil Antriebsart BEV
mobil Fortbewegungsart Land Kraftfahrzeug PKW
Förderempfänger
Industrie Automobil
Teilprojekt 4
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Forschungsgegenstand
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Hochskalierung
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Materialentwicklung und -synthese
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie
Teilprojekt 5
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung Veredelung und Verarbeitung von Pulvern
Teilprojekt 6
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Kathode
Forschungsbereiche
Produktion Testzelle mit keramischem Elektrolyt Elektrodenfertigung Verarbeitung lösemittelfrei Sintern
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse Konzeptentwicklung
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Entwicklung neuer Prozesse Machbarkeitsstudie
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Prozessverständnis Prozess-Eigenschaftsbeziehungen
Produktion untersuchte Eigenschaften, Arbeitsfeld Hochskalierung
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung thermische Systeme
Teilprojekt 7
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Kathode
Forschungsbereiche
Produktion Zelle mit keramischem Elektrolyt Elektrodenfertigung Aktivieren Laserstrukturierung
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung
Teilprojekt 8
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Industrie Anlagen-, Maschinenbau und Automatisierung
Teilprojekt 9
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung
Teilprojekt 10
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode NMC Nickelreich 6:2:2
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Demonstrator Testzelle
Material-, Bauteil- und Systementwicklung Elektrodenprozessierung
Analytik und Charakterisierung Methode physikalisch Röntgendiffraktometrie
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Cyclovoltammetrie
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch galvanostatische Zyklisierung
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Impedanzspektroskopie
Analytik und Charakterisierung Methode (elektro-)chemisch Massenspektrometrie DEMS
Analytik und Charakterisierung Material-, Bauteil und Systemcharakterisierung
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Mechanismus Degradation
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Stabilitätsgrenze chemische
Analytik und Charakterisierung untersuchte Eigenschaft Stabilitätsgrenze mechanische
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung
Teilprojekt 11
Energiespeichertyp
Festkörper-Batterien Lithium Kathode NMC Nickelreich 6:2:2
Festkörper-Batterien Lithium Anode Lithium-Metall
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch sulfidisch
Festkörper-Batterien Lithium Elektrolyt keramisch oxidisch
Forschungsgegenstand
Zelle Elektroden Kathode
Zelle Elektrolyt
Forschungsbereiche
Produktion Testzelle mit keramischem Elektrolyt Elektrodenfertigung Aerosoldepositionsmethode (ADM)
Anwendungsfelder
noch nicht vorhersehbar
Förderempfänger
Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität
Verbundprojektleiter
Herr Dr. Ingo Kerkamm
Robert Bosch GmbH
CR/ARM2
Robert-Bosch-Campus 1
71272 Renningen
E-Mail: ingo.kerkamm@de.bosch.com
Pressekontakt
kein Pressekontakt
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