Fraunhofer-Institut für Solare Energiesysteme ISE
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.
