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

Ausgewählte Forschungsprojekte

 

OrtOptZelle

Ortsabhängige Kompression von Pouchzellen zur Lebensdaueroptimierung

 

NESSI

Neuartige Si-Anoden für Solid-State-Lithium-Ionen-Batterien

 

FLiBatt

Feste Lithiumbatterien mit Vliesstoffen

 

Printsolid

Druckbare Solid State Lithium Batterien

Daniel Biro

Contact Press / Media

Dr. Daniel Biro

Batteriezelltechnologie

Fraunhofer ISE
Heidenhofstr. 2
79110 Freiburg

Telefon +49 761 4588-5246

Aktuelle Veröffentlichungen zum Thema Batteriezelltechnologie:

Jahr
Year
Titel/Autor:in
Title/Author
Publikationstyp
Publication Type
2022 Photo-cured Cationic Polyoxazoline Macromonomers as Gel Polymer Electrolytes for Lithium-Ion Batteries
Drews, M.; Trötschler, T.; Bauer, M.; Guntupalli, A.; Beichel, W.; Gentischer, H.; Mülhaupt, R.; Kerscher, B.; Biro, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2022 Non-Contacting Interferometric Distance Measurements of Pouch Cells During Cycling
Engeser, J.; Berg, S.; Laufen, H.; Ruf, J.; Bruch, M.; Heuer, A.; Figgemeier, E.; Bauermann, L.; Vetter, M.
Meeting Abstract
2022 Characterization of Aged Electrodes of Lithium-Ion-Battery
Jabri, S.
Vortrag
Presentation
2022 Scanning Acoustic Microscopy as a Non-Destructive Tool for the Localization of Defects Inside Pouch Cell Batteries
Münch, J.
Vortrag
Presentation
2022 Measurement resolution limits of local thermal inhomogenities on lithium-ion pouch cells
Engeser, J.; Colak, C.; Ruf, J.; Heuer, A.; Figgemeier, E.; Pitta Bauermann, L.; Vetter, M.
Poster
2022 Resolution Challenges Measuring Local Thermal Inhomogeneities of Lithium-Ion Pouch Cells. A feasibility study for localizing thermal related aging processes
Engeser, J.
Vortrag
Presentation
2021 Akustische Rastermikroskopie (SAM) als zerstörungsfreie Prüfung für die Visualisierung von internen Strukturen in flachen Batteriezellen
Pitta Bauermann, L.; Bischoff, C.; Fitz, O.; Drews, M.; Biro, D.; Mesquita, L.V.; Heuer, A.
Poster
2021 Investigations toward a Non-Aqueous Hybrid Redox-Flow Battery with a Manganese-Based Anolyte and Catholyte
Schmucker, M.; Gully, T.A.; Schmidt, A.; Schmidt, B.; Bromberger, K.; Disch, J.; Butschke, B.; Burgenmeister, B.; Sonnenberg, K.; Riedel, S.; Krossing, I.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Electrolyte Study with in Operando pH Tracking Providing Insight into the Reaction Mechanism of Aqueous Acidic Zn//MnO2 Batteries
Fitz, O.; Bischoff, C.; Bauer, M.; Gentischer, H.; Birke, K. P.; Henning, H.-M.; Biro, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Outlining Known Battery Cell and System Safety Issues and the Need for Thermal Propagation Inhibition
Kroll, M.
Vortrag
Presentation
2021 Comparison of Aqueous- and Non-aqueous-based Binder Polymers and the Mixing Ratios for Zn//MnO2 Batteries with Mildly Acidic Aqueous Electrolytes
Fitz, O.; Ingenhoven, S.; Bischoff, C.; Gentischer, H.; Birke, K.P.; Saracsan, D.; Biro, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2021 Further development of non-contact and non-destructive methods for the localization of defects inside battery cells
Pitta Bauermann, L.; Engeser, J.; Heuer, A.; Vetter, M.
Vortrag
Presentation
2021 Akustische Rastermikroskopie als zerstörungsfreie Charakterisierungsmethode für Batteriezellen
Pitta Bauermann, L.
Vortrag
Presentation
2021 In-Operando Characterisation of Volume Changes and Pressure Evolution in Pouch Cells
Engeser, J.; Berg, S.; Pitta Bauermann, L.; Figgemeier, E.; Heuer, A.; Vetter, M.
Vortrag
Presentation
2021 Volume Change characteristics of Commercial Lithium-Ion Battery Cells During Cycling Obtained by Pressure Measurements with a Mechanical Press
Engeser, J.; Berg, S.; Pitta Bauermann, L.; Figgemeier, E.; Heuer, A.; Vetter, M.
Vortrag
Presentation
2021 Spruce Hard Carbon Anodes for Lithium-Ion Batteries
Drews, M.; Büttner, J.; Bauer, M.; Ahmed, J.; Sahu, R.; Scheu, C.; Vierrath, S.; Fischer, A.; Biro, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2020 Scanning Acoustic Microscopy as a Non-Destructive Imaging Tool to Localize Defects inside battery cells
Pitta Bauermann, L.; Mesquita, L.V.; Bischoff, C.; Drews, M.; Fitz, O.; Heuer, A.; Biro, D.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2019 Hochgradig Anisotrope, offenzellige poröse metallische Faserstrukturen - Anwendungen in der Energietechnik
Fink, M.; Andersen, O.; Seidel, T.; Schlott, A.; Bischoff, C.
Vortrag
Presentation
2019 Investigation of the Kinetics of rechargeable aqueous zinc ion batteries
Bischoff, C.; Fitz, O.; Gentischer, H.; Biro, D.; Henning, H.-M.
Zeitschriftenaufsatz
Journal Article
2018 Simulation von potentialgetriebenen Degradationsprozessen
Scherzer, A.-C.; Schneider, P.; Sadeler, C.; Zamel, N.; Gerteisen, D.
Vortrag
Presentation
Diese Liste ist ein Auszug aus der Publikationsplattform Fraunhofer-Publica

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