Innovative Herstellverfahren und Zellarchitekturen für Batterien

Am Fraunhofer ISE entwickelter Batteriespeicher mit wässriger Zink-Ionen-Zelltechnologie.

Batteriezelltechnologie

Im Themenfeld der Batteriezelltechnologie forschen wir entlang der gesamten Wertschöpfungskette von neuen Materialien über Herstellungsverfahren bis hin zu innovativen Zellarchitekturen. Unsere technische Ausstattung umfasst verschiedene Prozessgeräte, Gloveboxen und Charakterisierungsinstrumente, um komplette Batteriezellen herstellen und charakterisieren zu können. Wir begleiten unsere Arbeiten mit technoökonomischen Betrachtungen und Zellsimulationen, um die Wirtschaftlichkeit und technologische Wirksamkeit der verschiedenen Lösungsansätze zu evaluieren.

Unsere Kernbetätigungsfelder sind:

Beiträge zur kontinuierlichen Weiterentwicklung der Lithium-Ionen Batteriezelltechnologie

Die Lithium-Ionen Technologie stellt die gegenwärtig dominante Technologie bei der Realisierung von Traktionsbatterien sowie für Batterien unterschiedlichster Anwendungsbereiche von dem Einsatz in Industrieanwendungen bis zur Unterhaltungselektronik dar. Diese Technologie entwickelt sich inkrementell in einem evolutionären Prozess. In diesem Kontext erforschen wir beispielsweise Silicium-basierte Anodenmaterialien als drop-in replacement Technologie für Lithium-Ionen Batteriezellen, um graphitbasierte Anoden zu ersetzen oder durch Beimischung von Siliciumkompositmaterialien zu verbessern.

Batteriezellen mit wässrigen Elektrolyten zur stationären Energiespeicherung

Batterien mit wässrigen Elektrolyten sind unbrennbar, können mit hochverfügbaren und nachhaltigen Materialien aufgebaut werden und eigenen sich für den Einsatz in der stationären Energiespeicherung. Am Fraunhofer ISE werden verschiedene Konzepte entwickelt und evaluiert. So untersuchen wir beispielsweise Batteriezellchemien auf Basis von Natrium- oder Zink-Ionen und entwickeln komplette Fertigungsabläufe für diese Zellen.

Batterien mit Feststoffelektrolyten

Im Themenfeld der Feststoffelektrolyten konzentrieren wir uns gegenwärtig auf die Verarbeitung von sulfidischen Materialien. Wir entwickeln dabei Fertigungsprozesse, um diese Materialien in Batteriezellen zu integrieren und dabei sogenannte all-solid-state Batterien zu realisieren.

Spezialarchitekturen für Klein- und Kleinstbatterien für Sensorik sowie IoT-Anwendungen

Mittels Drucktechnologie realisieren wir kleine gedruckte Batteriezellen und entwickeln anpassbare Zelldesigns für verschiedene Anwendungen.

Technoökonomische Betrachtungen

Auf Basis eines detaillierten Kalkulationswerkzeuges aus der Photovoltaikforschung, das wir für die Batteriefertigung adaptiert haben, entwickeln wir Kostenmodelle für Batterieherstellungsprozesse und Batteriezellstrukturen. Wir betrachten Materialverfügbarkeiten und evaluieren neue Materialfertigungsprozesse und Materialien für den Ersatz gegenwärtig kritischer Rohstoffe.

Batteriezellentwicklung - Arbeiten an der Glovebox
© Fraunhofer ISE/Foto: Dirk Mahler
Batteriezellentwicklung - Glovebox für die Verarbeitung von Batteriematerialien unter Inertatmosphäre.

In Ergänzung zu unserer Forschung und Entwickung zum Thema Batteriezelltechnologie bieten wir unseren Kunden eine Basisprozesskette zur Herstellung und Analyse von Batteriezellen und den darin verwendeten Materialien in unserem Zentrum für Energiespeichertechnologien und -systeme:

  • Basisprozesskette zur Herstellung und Charakterisierung von Batteriezellen (Knopfzellen und kleine Pouchzellen)
  • Basisprozesskette zur Herstellung von maßgenschneiderten Si/C-Materialien und Pasten für Si-basierte Anoden
  • Basisprozesskette zur Herstellung sulfidischer Materialien, deren Weiterverarbeitung zu Batteriezellen und Charakterisierung
  • Testkreise für die Zyklisierung von kleinen Batteriezellen und Messsysteme für die elektrochemische Charakterisierung von neuen Batteriechemien
  • Chemielabore einschließlich Gloveboxen für die verschiedenen Themengebiete
  • Pulververarbeitung / Slurry- sowie Pastenherstellung (Pulvermühle, Kalzinierungsofen, Dreiwalzenstuhl, Dispergierer)
  • Verschiedene Filmziehgeräte, Trockner

Daniel Biro

Contact Press / Media

Dr. Daniel Biro

Batteriezelltechnologie

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5246

Veröffentlichungen

 

YearTitle/AuthorDocument Type
2020The Use of Batteries in Storing Electricity
Vetter, M.; Lux, S.; Wüllner, J.
Book Article
201960 is the New 20: Challenges as a Result of Increasing EV Battery Capacities: Presentation held at International Battery Seminar 2019, Fort Lauderdale, USA, 27th of March 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Battery storage - One of the Key Enablers Towards 100% Renewables: Presentation held at 100% Renewables Workshop 2019, Canberra, Australia, February 13-15, 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Battery Storage and their Stationary Applications: Presentation held at 10th World Renewable Energy Technology Congress 2019, New Delhi, India, 21st of August 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Battery Storage for Grid Connected PV Applications
Vetter, M.; Lux, S.; Wüllner, J.
Book Article
2019Battery Storage. Opportunities, Challenges and Measures for Risk Mitigation: Presentation held at TechCon SE Asia Conference and Expo 2019, Bangkok, Thailand, 12th of June 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Battery Storage: A Key Enabler for Post Feed-In Tariff PV Projects: Presentation held at ees Forum 2019, Munich, Germany, 16th of May 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Energy Storage for Renewable Power Supply Systems: Presentation held at VI. Elektrik Tesisat Ulusal Kongresi 2019, Izmir, Turkey, 17th of October 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Extensive Analysis of Photovoltaic Battery Self-Consumption: Evaluation Through an Innovative District Case-Study
Millet Biosca, L.; Berueta, A.; Bruch, M.; Reiners, N.; Vetter, M.
Journal Article
2019Fixing Efficiency Values by Unfixing Compressor Speed: Dynamic Test Method for Heat Pumps
Palkowski, C.; Zottl, A.; Malenkovic, I.; Simo, A.
Journal Article
2019In the Context of Energy Transition Scenarios: Presentation held at Urban Future Global Conference 2019, Oslo, Norway, 22.05.2019-24.05.2019
Vetter, M.
Presentation
2019Investigation of the Kinetics of rechargeable aqueous zinc ion batteries
Bischoff, C.; Fitz, O.; Gentischer, H.; Biro, D.; Henning, H.-M.
Abstract
2019Optimal Integration of Photovoltaic in Micro-Grids that are Dominated by Diesel Power-Plants: Recommendations for utilities and consulting engineers
Reiners, N.; Bopp, G.; Wüllner, J.; Yadav, R.G.
Report
2019Quality Assurance for PV Battery Storage Projects: Presentation held at North America Smart Energy Week 2019, Salt Lake City, USA, 25th of September 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Schlüssel für sichere und zuverlässige Batteriespeicher. Thermisches Management: Vortrag gehalten bei eMobil Convention - Fachkongress für Elektromobilität 2019, Wiesbaden, Germany, 28. Mai 2019
Vetter, M.
Presentation
2019Testing and Evaluating Thermal Performance of Battery Systems: Presentation held at The Battery Show Europe 2019, Stuttgart, Germany, 06.05.2019
Heuer, A.; Bruch, M.
Presentation
2019Thermal Battery Management, Key to Efficiency and Longevity: Presentation held at Electric & Hybrid Aerospace Technology Symposium 2019, Cologne, Germany, 13th and 14th November 2019
Bruch, M.; Millet Biosca, L.; Vetter, M.
Presentation
201860 is the New 20: Challenges as a Result of Increasing EV Battery Capacities: Presentation held at Power2Drive North America 2018 at Intersolar North America Conference, San Francisco, USA, 11th of July 2018
Vetter, M.
Presentation
2018"60 is the new 20": Herausforderungen durch immer größer werdende Fahrzeugbatterien
Vetter, M.; Lux, S.; Bruch, M.
Journal Article
2018Battery cell testing for simulative optimisation of an EV battery system: Vortrag gehalten auf der 3. Internationalen Fachmesse für die Mobilität 4.0 "eMove360°", 17.10.2018, München
Bruch, Maximilian
Presentation
2018Battery Technology for Electromobility - Status Quo, Outlook and Challenges: Presentation held at World Sustainable Energy Days 2018, E-Mobility and Smart Buildings Conference 2018, Wels, Austria, 2nd of March 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Case Studies on Field Deployment of PV Battery Storage Systems: Presentation held at Seminar "Solar and Storage - Production and Markets in North America" 2018, Solar Power International, Anaheim, USA, 26th of September 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Combined dynamic programming and region-elimination technique algorithm for optimal sizing and management of lithium-ion batteries for photovoltaic plants
Berrueta, A.; Heck, M.; Jantsch, M.; Ursua, A.; Sanchis, P.
Journal Article
2018Cycle aging studies of lithium nickel manganese cobald oxide-based batteries using electrochemical impedance spectroscopy
Maheshwari, A.; Heck, M.; Santarelli, M.
Journal Article
2018Deploying Electrical Storage Systems to Reduce Risks and Drive Bankability for Renewable Energy Projects: Presentation held at VDE Clean Energy Dialogue Africa 2018, Cape Town, South Africa, 14th of May 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Investigating the impact of particle size on the performance and internal resistance of aqueous zinc ion batteries with a manganese sesquioxide cathode
Bischoff, C.; Fitz, O.; Schiller, C.; Gentischer, H.; Biro, D.; Henning, H.-M.
Journal Article
2018Lichtbögen und elektrische Sicherheit in PV-Heimspeichern: Poster präsentiert auf dem PV-Symposium 2018, Bad Staffelstein, Germany, 25.04.2018-27.04.2018
Eger, F.; Laukamp, H.; Bopp, G.
Poster
2018Longevity of Lithium-Ion Batteries: Presentation held at Electric & Hybrid Aerospace Technology Symposium 2018, Cologne, Germany, 8-9 November 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Messung und Berechnung der Wärmeabgabe einer Batteriezelle und Bedeutung für die Anwendung: Vortrag gehalten auf dem 25. Design & Elektronik Entwickler- & Anwenderforum Batterien & Ladekonzepte, 21.02.2018, München
Bruch, Maximilian; Heck, Michael; Millet Biosca, Lluis; Raab, Peter; Mirsalehian, Mohammadali; Hukan, Mohammad
Presentation
2018Probabilistische Betriebsführung für PV-Heimspeichersysteme mit PV-Ertragsprognosen. Zusammenfassung: Paper präsentiert auf der Tagung Zukünftige Stromnetze für Erneuerbare Energien 2018, Berlin, Germany, 30.01.2018-31.01.2018
Groß, A.; Zech, T.; Kohrs, R.; Wittwer, C.
Conference Paper
2018Quality Assurance for PV Battery Systems: Presentation held at 15. Battery Experts Forum 2018, Aschaffenburg, Germany, 1st of March 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Quality Assurance for PV Battery Systems: Presentation held at Smart Energy Forum - EES Conference 2018, Prague, Czech Republic, 6th of November 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Quality Assurance for PV Battery Systems in Mico-Grid Applications: Presentation held at Future Energy Asia Exhibition & Conference (FEA) 2018, Bangkok, Thailand, 12-14 December 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Quality Assurance to Support the Bankability of Energy Storage Applications: Presentation held at AHK Geschäftsreise USA / Kalifornien und Illinois: Energiespeicher zur Integration von erneuerbaren Energien 2018, San Francisco, USA, 13.02.2018-13.02.2018
Vetter, M.
Presentation
2018Sector coupling - a key element to optimize energy system transformation: Presentation held at Energy Storage Europe, Düsseldorf, 13-15 March 2018
Henning, H.M.
Presentation
2018Silicon Layers for Application in Lithium Ion Batteries
Georg, A.; Bogati, S.; Gentischer, H.; Biro, D.
Conference Paper
2018Silicon/Graphite Composite Materials as Anode for 3D Printed Lithium-Ion Microbatteries: Presentation held at IDTechEx Show! 2018, Berlin, Germany, 11.04.2018-12.04.2018
Drews, M.; Gentischer, H.; Biro, D.; Mülhaupt, R.
Presentation
2018Statusbericht: Batterietechnik für die Leichte E-Mobilität: Vortrag gehalten auf der 2. VDI-Fachtagung Leichte E-Mobilität Fahrzeuge für den urbanen Raum 2018, Aschheim, Germany, 11. - 12. September 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Technical and Economic Assessment for Hybrid PV Mini-Grid Projects: Optimized layout and sizing of off-grid power plant for SKA1-low radio telescope
Millet Biosca, L.; Wüllner, J.; Vetter, M.; Schinckel, A.
Conference Paper
2018Technologieinnovationen - Batteriespeicher: Vortrag gehalten beim Innovationsforum Energiespeicher 2018, Linz, Austria, 15. November 2018
Vetter, M.
Presentation
2018Waste heat utilisation of power to hydrogen plants for local and district heating: Presentation held at International Renewable Energy Storage Conference, IRES 2018 / E3 Power to X (2), Düsseldorf, Germany, 15th March 2018
Knetsch, N.; Holst, M.
Presentation
2017"60 is the new 20": Herausforderungen durch immer größer werdende Fahrzeugbatterien: Vortrag gehalten auf dem 3M Fachforum Faszination eMobilität 2017, Neuss, Germany, 05. Dezember 2017
Vetter, M.
Presentation
2017Analysis of the minimum activation period of batteries in frequency containment reserve
Hollinger, R.; Motte Cortes, A.; Erge, T.; Engel, B.
Conference Paper
2017Building and habitation in the context of electromobility: Presentation held at EES North America Conference, San Francisco, USA, 12.07.2017
Vetter, M.
Presentation
2017DC arc fault scenarios and detection methods in battery storage systems
Eger, F.; Bopp, G.; Freiberger, D.; Lang, N.; Laukamp, H.; Rouffaud, G.
Conference Paper
2017Impedance change and capacity fade of lithium nickel manganese cobalt oxide-based batteries during calendar aging
Schmitt, J.; Maheshwari, A.; Heck, M.; Lux, S.; Vetter, M.
Journal Article
2017Isothermal calorimeter heat measurements of a 20Ah lithium iron phosphate battery cell
Millet, L.; Bruch, M.; Raab, P.; Lux, S.; Vetter, M.
Conference Paper
2017Kalorimetrische Messung der Wärmeabgabe einer Batteriezelle zur thermischen Charakterisierung: Vortrag gehalten auf dem 9. E-MOTIVE - Expertenforum für Elektrische Fahrzeugantriebe 2017, Hannover, Germany, 05.09.2017-06.09.2017
Bruch, M.; Raab, P.; Millet Biosca, L.; Mirsalehian, M.; Heck, M.; Hukan, M.
Presentation
2017Lichtbögen und elektrische Sicherheit in PV-Heimspeichersystemen: Vortrag gehalten auf der 4. Deutschen Photovoltaikbetriebs- und Sicherheitstagung 2017, Berlin, 19. - 20. Oktober 2017
Laukamp, H.; Tschupp, J.
Presentation
2017Making energy storage bankable. The role of technical issues and strategies for risk mitigation: Presentation held at European PV and Energy Storage - Market Briefing 2017, Frankfurt, Germany, 16th of February 2017
Vetter, M.; Jantsch, M.
Presentation
2017Numerical investigation of phase change material utilization options for the thermal management of cylindrical Li-Ion-batteries
Gamisch, S.; Gschwander, S.
Conference Paper
2017Passivierte Siliciummaterialien für Li-Ionenbatteriezellen: Vortrag gehalten auf dem Batterieforum Deutschland 2017, Berlin, Germany, 25.01.2017-27.01.2017
Gentischer, H.; Hulitz, S.; Mader, M.; Singh, R.; Keding, R.; Preu, R.; Biro, D.
Presentation
2017Präzise Zustandsbestimmung und optimierte Lade- und Betriebsführungsstrategien. Schlüssel für den effizienten Einsatz von Batteriesystemen: Vortra gehalten auf der 2. VDI-Fachkonferenz Batterie- und Ladetechnik: Energieversorgung für mobile Anwendungen in Produktion und Logistik 2017, Düsseldorf, Germany, 06. Dezember 2017
Vetter, M.
Presentation
2017Qualitätssicherung & Bankability für Batteriespeicher in PV-Kraftwerken und im gewerblichen Einsatz: Vortrag gehalten beim 6. StorageDay XXL der Solar Allianz @ Forum Neue Energiewelt 2017, Berlin, Germany, 17. November 2017
Vetter, M.
Presentation
2017Quality assurance and standardization developments for battery storage applications: Presentation held at Energy Storage Europe 2017, VDE Financial Dialogue Europe 2017, Düsseldorf, Germany, 16th of March 2017
Sann, K.; Vetter, M.
Presentation
2017Quality assurance enabling bankability for larger on- and off-grid PV battery systems: Presentation held at Battery Experts Forum 2017, Gliwice, Poland, 21st of September 2017
Vetter, M.
Presentation
2017Quality assurance for PV battery power plants and PV battery systems in comercial applications and mini-grids: Presentation held at International Battery Seminar 2017, Fort Lauderdale, USA, 22nd of March 2017
Vetter, M.; Jantsch, M.
Presentation
2017Quality assurance to support the bankability of renewable energy + storage applications: Presentation held at Asian Utility Week 2017, Bangkok, Thailand, 25th of May 2017
Vetter, M.
Presentation
2017Quality assurance to support the bankability of renewable energy + storage applications: Presentation held at Asia Clean Energy Summit 2017, Singapore, 25th of October 2017
Vetter, M.
Presentation
2017The role of independent engineers - from the project idea to real world evaluation of PV battery systems: Presentation held at ees Europe Conference 2017, Munich, Germany, 30th of May 2017
Vetter, M.
Presentation
2017Stand-alone and hybrid PV systems
Vetter, M.; Bopp, G.
Book Article
2017Stationäre Batteriespeicher - eine zentrale Komponente der Engergiewende
Vetter, M.; Lux, S.
Journal Article
2017Stromproduktion und Speicherung im Eigenheim, Einspeisung ins Netz und Elektroauto: Vortrag gehalten auf der Fachveranstaltung Bauen und Wohnen im Kontext der Elektromobilität, Forum Elektromobilität, Berlin, 30. März 2017
Vetter, M.; Kohrs, R.
Presentation
2016Batterien - Von der Zelle zum System und zur Systemintegration: Vortrag gehalten auf der FVEE Jahrestagung 2016, Forschung für die Energiewende - Die Gestaltung des Energiesystems, Berlin, Germany, 3. November 2016
Vetter, M.; Winter, M.; Danzer, M.; Wagner, N.; Puchta, M.; Köntges, M.
Presentation
2016Progress in state estimation for lithium-ion batteries: Presentation held at Electric & Hybrid Aerospace Technology Symposium 2016, Cologne, Germany, 09th - 10th of November 2016
Vetter, M.; Lux, S.; Raab, P.; Heck, M.
Presentation
2016Prüfkampagne thermischer Speicher und deren Energy Labeling nach ErP Richtlinie
Geimer, K.; Schäfer, A.; Schmidt, C.; Kramer, K.
Conference Paper
2016Qualitätssicherung für PV-Batteriekraftwerke, gewerbliche PV-Batteriesysteme und PV-Inselnetze: Vortrag gehalten auf dem VDMA Thementag Solarspeicher 2016, Kahl, Germany, 23.11.2016
Vetter, M.; Jantsch, M.
Presentation
2016Quality assurance for larger on- and off-grid PV battery systems: Presentation held at 15th Lead Battery Conference and Exhibition 2016, Valetta, Malta, 13th of September 2016
Vetter, M.; Jantsch, M.
Presentation
2016Recycling of battery technologies - ecological impact analysis using life cycle assessment (LCA)
Unterreiner, L.; Jülch, V.; Reith, S.
Conference Paper
2016Risk mitigation and quality assurance for PV battery storage applications: Presentation held at Asia Clean Energy Summit 2016, Singapore, 25th - 27th of October 2016
Vetter, M.; Jantsch, M.
Presentation
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