Insider

Auf Anionen-Interkalation basierende Dual-Ionen-Energiespeicher

Laufzeit der angegebenen Teilprojekte: 01.10.2012 bis 31.12.2016
Fördersumme der angegebenen Teilprojekte: 5.843.695,00 €
Projektvolumen der angegebenen Teilprojekte: keine Angabe

 

Teilprojekt 1

Entwicklung und Aufbau eines innovativen Anionen-einlagernden Batteriesystems

Förderkennzeichen: 03EK3031A

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

Beschichtung der Stromableiter mittels Physical bzw. Chemical Vapour Deposition (PVD, CVD), Sol-Gel Verfahren Ink-Jet-Printing bzw. Wet Powder Spraying (WPS)

Förderkennzeichen: 03EK3031B

Forschungszentrum Jülich GmbH - Institut für Energie- und Klimaforschung - Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
52425 Jülich
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Teilprojekt 3

Partikel-, Verfahrens- und Prozesstechnik zur Strukturierung und Fertigung von Elektroden für Dual-Anionen-Batterien

Förderkennzeichen: 03EK3031C

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig, Fakultät 4 - Maschinenbau - Institut für Partikeltechnik
38104 Braunschweig
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Teilprojekt 4

Performancesteigerung durch gezielte Elektrodenarchitektur mit funktionalisierten Kohlenstoffmaterialien und Nanokompositen 

Förderkennzeichen: 03EK3031D

Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg, Technische Fakultät - Lehrstuhl für Feststoff- und Grenzflächenverfahrenstechnik
91058 Erlangen
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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

Eine Möglichkeit der stationären Energiespeicherung stellen Batterien dar. Für Lithium-Ionen-Batterien werden dabei teure, metallhaltige Aktivmaterialien benötigt. Die gravimetrischen Energiedichten von 120 bis zu 250 Wh/kg, die heute technisch realisierbar sind, sind so hoch, dass diese Batterien schwerpunktmäßig bei mobilen Anwendungen zum Einsatz kommen. Für stationäre Anwendungen sind hohe Energiedichten jedoch nicht unbedingt notwendig, d. h. die Energiespeicherkapazität ist nicht wie im Auto begrenzt durch Größe oder Gewicht der Batterie.

Im Fokus stehen Kostenstruktur und gute Leistungseigenschaften der Elektroden zur Kompensation von Lastspitzen. Die sehr hohen Investitionskosten im Bereich der Aktivmaterialien zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien machen eine Verwendung dieser Speichertechnologie in der Anwendung für großformatige stationäre Energiespeicher unattraktiv. Außerdem bestehen Sicherheitsbedenken bezüglich der Brennbarkeit und der Toxizität der teilweise eingesetzten Komponenten Kobalt und Nickel sowie der Verwendung von fluorierten Bindern. Schließlich wird für Nickel und Kobalt die Frage der dauerhaften Verfügbarkeit, insbesondere für die langfristig benötigten großen Mengen diskutiert. Vor diesem Hintergrund ist die Entwicklung neuer kostengünstiger Batteriesysteme für die stationäre Nutzung ein wichtiger Bestandteil der Nutzbarmachung regenerativer Energiequellen.

Ausgangspunkt des Projekts Insider war die Überlegung, dass die Entwicklung neuer, übergangsmetallfreier, kostengünstiger Batteriesysteme für die stationäre Nutzung ein wichtiger Bestandteil der Nutzbarmachung regenerativer Energiequellen ist. Das sogenannte Dual-Ionen-Batteriesystem arbeitet nach einem neuem hochreversiblen Lade-/Entlade-Mechanismus bei Zellspannungen von bis zu 5 Volt, bei dem im Gegensatz zur Lithium-Ionen Batterie nicht nur Lithium-Kationen in die Anode, sondern zusätzlich parallel Anionen in preiswerte graphitische Kohlenstoffverbindungen an der 5-Volt-Kathode interkaliert werden.


Inhalt und Arbeitsschwerpunkte

Das Verbundprojekt Insider beschäftigt sich mit der Entwicklung und dem Aufbau eines innovativen Anionen-einlagernden Energiespeichersystems für die großtechnische Energiespeicherung mit Fokus auf die stationäre Energiespeicherung. Im Zentrum dieses Verbundprojekts steht die Entwicklung des sogenannten Dual-Ionen-Batteriesystems, bei dem im Gegensatz zur Lithium-Ionen-Batterie nicht nur Lithium-Ionen in die Anode, sondern zusätzlich Anionen in Kohlenstoffverbindungen, insbesondere Graphite, der 5-Volt-Kathode interkaliert werden. Das Hauptaugenmerk beim Dual-Ionen-System liegt auf dem Elektrolyten, da dieser ein breites elektrochemisches Stabilitätsfenster aufweisen muss und vor allem Anionen mit einer hohen Stabilität gegenüber oxidativer Zersetzung benötigt werden.

Ein Elektrolytsystem, das in der Lage ist, diese Anforderungen zu erfüllen, sind die sogenannten ionischen Flüssigkeiten. Ionische Flüssigkeiten (RTIL) sind Salze, die bei Raumtemperatur flüssig sind. Diese können über hohe thermische und elektrochemische Stabilitäten verfügen und stellen somit eine gute Möglichkeit für den Einsatz im Dual-Ionen-System dar.

Die 5-Volt-Batterietechnologie erfordert des Weiteren aufgrund einer möglichen anodischen Auflösung der Aluminium-Substrate (Stromableiter) die Entwicklung von „korrosionsbeständigen“, z. B. kohlenstoffbasierten, Substraten und/oder Beschichtungen. Um die Dual-Ionen-Technologie für die geplante Anwendung der stationären Energiespeicher attraktiv zu machen, sollen zudem möglichst günstige und umweltfreundliche Aktivmaterialien auf Basis von Kohlenstoff verwendet werden, die darüber hinaus auch sicher und temperaturstabil sein sollen.


Nutzung der Ergebnisse und Beitrag zur Energiespeicherung

Generell eröffnet die erfolgreiche Umsetzung der Dual-Ionen-Batterietechnologie in diesem Projekt deutschen Unternehmen die Möglichkeit, diese Batterien zur Marktreife weiterzuentwickeln und national wie international zu verkaufen. Deutsche Energieversorger können diese Batterien dann für eine effizientere Zwischenspeicherung alternativ erzeugter Energien nutzen.

Darüber hinaus können die Kenntnisse der Prozessstrategien auch auf andere zukunftsweisende elektrochemische Systeme übertragen werden. Seitens der Entwicklung der Prozesstechnologie werden über dieses Projekt hinaus auch Vorteile für andere elektrochemische Speicher erwartet, bei denen das Thema Degradation/Alterung der Zellen infolge von unerwünschten Grenzflächenreaktionen zwischen den Aktiv- bzw. Stromableiterkomponenten eine wichtige Rolle spielt.


Kurzkategorisierung

Energiespeichertypen

Dual-Ionen-Batterien

Anwendungsfelder

stationär

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung


Schlagworte der Teilprojekte des Verbundprojekts

Teilprojekt 1

Energiespeichertyp

Dual-Ionen-Batterien Kation Lithium

Forschungsgegenstand

Zelle

Zelle Elektroden

Zelle Elektrolyt

Zelle Elektrolyt flüssig Salzschmelzen

Anwendungsfelder

stationär Großspeicher

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 2

Energiespeichertyp

Dual-Ionen-Batterien Kation Lithium

Anwendungsfelder

stationär Großspeicher

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung außeruniversitäre Einrichtung

Teilprojekt 3

Energiespeichertyp

Dual-Ionen-Batterien Kation Lithium

Anwendungsfelder

stationär Großspeicher

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Teilprojekt 4

Energiespeichertyp

Dual-Ionen-Batterien Kation Lithium

Anwendungsfelder

stationär Großspeicher

Förderempfänger

Forschungs- und Entwicklungseinrichtung Universität

Verbundprojektleiter

Herr Prof. Dr. Martin Winter
MEET - Münster Electrochemical Energy Technology
Corrensstraße 46
48149 Münster

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


Pressekontakt

Frau Vanessa Bartling
Schlossplatz 2
48149 Münster
Telefon: +49 251 83-36720
Fax: +49 251 83-36032
E-Mail: vanessa.bartling@uni-muenster.de
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