WinZIB2 – Weltweit einsetzbares, innovatives Zink-Ionen-Batteriesystem

Laufzeit: 02/2023 - 01/2026
Auftraggeber / Zuwendungsgeber:
Bundesministerium für Bildung und Forschung
Kooperationspartner: acp systems AG (acp), Helmut Hechinger GmbH & Co. KG (HEC), Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme (ISE), Universität Stuttgart -Institut für Photovoltaik (ipv),
Assoziierte Partner:
FENECON GmbH,Asantys Systems GmbH
Projektfokus:          
Konzept eines Batteriemoduls auf Basis der Zink-Mangandioxid-Batterietechnologie mit wasserbasierten Elektrolyten aus der einjährigen Konzeptphase von WinZIB.
© Fraunhofer ISE
Konzept eines Batteriemoduls auf Basis der Zink-Mangandioxid-Batterietechnologie mit wasserbasierten Elektrolyten aus der einjährigen Konzeptphase von WinZIB.
Batteriemodul-Prototyp aus den Laboren des Fraunhofer ISE auf Basis der Zink-Ionen-Batterietechnologie mit wasserbasierten Elektrolyten mit einem Gehäuse aus 3D-Druck.
© Fraunhofer ISE
Batteriemodul-Prototyp aus den Laboren des Fraunhofer ISE auf Basis der Zink-Ionen-Batterietechnologie mit wasserbasierten Elektrolyten mit einem Gehäuse aus 3D-Druck.
Struktur eines Batteriesystem-Konzepts aus der einjährigen Konzeptphase von WinZIB auf Basis eines Zink-Ionen-Batteriespeichers.
© StoREgio GmbH
Struktur eines Batteriesystem-Konzepts aus der einjährigen Konzeptphase von WinZIB auf Basis eines Zink-Ionen-Batteriespeichers.

Elektrische Energiespeicher (EES) bilden ein Schlüsselelement der globalen Energiewende. Das betrifft sowohl viele Regionen in Deutschland als auch des globalen Südens. Letztere verfügen teilweise über eine nur unzureichende Energieversorgungsinfrastruktur, besitzen aber große Potenziale zur erneuerbaren Stromerzeugung. Dezentrale Energieversorgungskonzepte auf Basis erneuerbarer Energien bieten hier die Chance zur wirtschaftlichen Entwicklung. EES können unterstützen, indem sie neben der Versorgungsaufgabe auch der Stromnetz-Stabilität dienen. Die EES müssen einerseits unter den Klima-Bedingungen ausreichend leistungsfähig sein, gleichzeitig kostengünstig und sicher. Die Lithium-Ionen-EES erscheinen hierfür weniger geeignet, sodass alternative Batterietechnologien erforderlich sind.

Aufbauend auf den Ergebnissen einer einjährigen Konzeptphase wird im Vorhaben WinZIB2 das Konzept eines modular aufgebauten Zink-Ionen-Batteriesystems (ZIB) auf Basis der Materialkombination Zink und Mangandioxid und einem wasserbasierten Elektrolyten verfolgt. Die Materialien können weltweit gewonnen und einfach recycelt werden. Sie sind unkritisch, nicht brennbar. Die Optimierung des WinZIB2-Systems geht dabei primär in Richtung der Kosteneffizienz, sowie der Zuverlässigkeit und der Sicherheit im Betrieb. Dabei werden Einsatzbedingungen sowohl in Deutschland und Europa als auch des globalen Südens zugrunde gelegt. Auch im Vermarktungskonzept werden diese Regionen als Zielmarkt im Vordergrund stehen. 

Der primäre Anwendungsfall des WinZIB2-Speichersystems besteht in der Unterstützung der lokalen Energieeigenversorgung eines Gebäudes in Kombination mit einer Anlage zur Energieerzeugung (z.B. PV-Anlage). Dabei wird insbesondere die Modularität des ZIB im Fokus behalten, um flexible Einsatzmöglichkeiten zu gewährleisten.  

Im Rahmen des Vorhabens werden die folgenden Ziele verfolgt:

  • Optimierung der ZIB-Technologie hinsichtlich der Effizienz, Kapazität und Alterung,  
  • Erstellung einer Produktionsprozessplanung nach Industrie-4.0-Standard mit Pilotierung einzelner Fertigungsabschnitte,
  • Herstellung von ZIB-Prototypen aus dem Labor und dem teilautomatisierten Betrieb einer Pilotfertigung, 
  • Konzeptionierung eines ZIB (z.B. mit 10 kWh) mit Batterie- und Energiemanagementsystem, Gehäuse, Verschaltungskonzept unter Beachtung eines modularen Speicherkonzepts,
  • Erstellung eines Zertifizierungskonzepts mit Batterietests unter realen Anwendungsbedingungen, 
  • Optimierung der Kostenstruktur auf Basis der in der Konzeptphase erstellten Kostenberechnungen, 
  • Erstellung eines Geschäftsmodells, einer Vermarktungsstrategie und eines Konzepts zum Recycling des ZIB. 

Die Projektkoordination übernimmt das Fraunhofer ISE mit dem Fokus auf die Zellforschung mit der Material-/Zell- und Modulentwicklung sowie der Entwicklung des ZIB und der Betriebsführungsstrategien. Dabei wird mit dem Institut für Photovoltaik der Universität Stuttgart im Bereich der Modellierung zusammengearbeitet. Die Entwicklung der Produktions- und Prozesstechnologie übernimmt die acp systems AG. Die Fertigungsplanung und Elektronik-Entwicklung wird durch die Helmut Hechinger GmbH durchgeführt. Das Geschäftsmodell und die Vermarktungsstrategie wird gemeinsam mit dem Unterauftragnehmer StoREgio GmbH entwickelt.

Weitere Informationen zu diesem Forschungsthema:

Geschäftsfeldthema

Angewandte Speichersysteme

Geschäftsfeldthema

Batteriesystemtechnik

Geschäftsfeldthema

Batteriezelltechnologie

Geschäftsfeld

Wasserstofftechnologien und Elektrische Energiespeicher