Antriebsysteme für die Mobilität
Im Bereich der elektromotorischen Antriebe befassen wir uns mit der Entwicklung von Hochvoltantriebssystemen für die hybride sowie rein elektrische Mobilität. Unser Fokus liegt dabei auf Technologien, die eine hohe gravimetrische Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad versprechen. Die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten im Bereich der verbrennungsmotorischen Antriebe adressieren technische Lösungen zur Steigerung des Wirkungsgrades im gesamten Antriebsstrang mobiler und stationärer Anwendungen und damit auch zur sektorübergreifenden Absenkung von Schadstoff- und Treibhausgasemissionen. Dabei wird der Verbrennungsmotor sowohl als alleiniges Antriebsaggregat als auch in Kombination mit einem Elektromotor in hybriden Antriebssystemen erforscht und entwickelt.
Batterien
Zur Speicherung elektrischer Energie erforschen wir neue Speichertechnologien, analysieren bereits am Markt verfügbare Batteriesysteme und entwickeln diese gezielt weiter. Unsere Schwerpunkte liegen auf Lithium-Ionen- und Redox-Flow-Batterien sowie auf sogenannten „Next-Generation“-Systemen, darunter Feststoffbatterien und Natrium-Batterien.
Im Zentrum unserer Arbeit stehen die Entwicklung, Charakterisierung und Sicherheit von Materialien für Elektroden, Elektrolyte und Separatoren und Batterien. Darüber hinaus untersuchen wir deren thermische und elektrische Eigenschaften – von der einzelnen Batteriezelle über Batteriemodule bis hin zum kompletten Batteriesystem.
In unserem modernen Batterietestgebäude führen wir verschiedenste Sicherheitstests, Missbrauchsversuche und thermische Untersuchungen an Batteriezellen, Modulen und der zugehörigen Peripherie sicher durch. Ein besonderer Fokus liegt auf der präzisen Bestimmung der beim thermischen Durchgehen freigesetzten Energie. Ergänzt wird dies durch umfassende Expertise in der Analyse freigesetzter Stoffe und Reaktionsprodukte, in Post-Mortem-Untersuchungen sowie in der Entwicklung kundenspezifischer Mess- und Prüfaufbauten.
Brennstoffzellen und Elektrolysesysteme
Hinsichtlich der Speicherung elektrischer Energie ist die Wasserstofferzeugung durch Elektrolyse ein wichtiges Themengebiet. Unser Fokus liegt dabei insbesondere in der Materialentwicklung zur Reduktion des Einsatzes kritischer Rohstoffe. Der wichtigste Ansatz hierbei ist eine Verbesserung der Elektrodenstrukturen durch die Entwicklung geeigneter Trägermaterialien für die katalytisch aktiven Komponenten zum Beispiel für die Sauerstoffentwicklung. Unsere Materialentwicklung im Bereich der Brennstoffzellen adressiert neben der Reduktion kritischer Rohstoffe auch die Möglichkeit der Verstromung flüssiger Brennstoffe. Unsere technologischen Schwerpunkte liegen dabei in der Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle (HT-PEMFC) und der Aniontauschermembranbrennstoffzelle (AEMFC). Unser Schwerpunkt im Bereich der HT-PEMFC ist die Verbesserung der Elektrodenstruktur durch verbesserte Katalysatorträgermaterialien sowie die Einbindung ionomerer Binder zur Reduktion des Phosphorsäuregehalts und damit von der Phosphorsäure bedingte Leistungsverluste und Alterungsprozesse. Im Bereich der AEMFC und der entsprechenden Aniontauschermembran-Elektrolyse liegt unser Fokus auf der Entwicklung von Zellen auf Basis platinmetallfreier oder -armer Katalysatoren.
Thermische Speicher
Neben der Energiespeicherung und -wandlung spielen bei uns Entwicklungsarbeiten, die auf eine Verbesserung der Energieeffizienz abzielen, eine wichtige Rolle. Unser Schwerpunkt liegt dabei im Bereich der Entwicklung und Herstellung von thermischen Speichern auf der Basis von Phase-Change-Materials (PCM) und von Zeolithen. Wesentliche Inhalte unseres Kompetenzfeldes sind physikalisch-chemische Sorptionsspeicher auf Basis von Zeolithen, deren physikalisch-chemische Grundlagencharakterisierung inklusive derer modellhafter Beschreibung. Weiterhin verfolgen wir die Charakterisierung von Ad- und Desorptionsphänomenen mittels thermoanalytischer Methoden, Auslegung, Aufbau und Test von Sorptionsspeichersystemen, Wärmespeicher auf Basis von Phase-Change-Materialien sowie die Auslegung, den Aufbau und den Test von Latentwärmespeichern. Batterie- und Wasserstoffsicherheit Einen Schwerpunkt unserer Batteriesicherheit stellen Sicherheits-, Missbrauchs- und Alterungs-Untersuchungen mit in-operando Gasanalytik, post-mortem Untersuchungen an Zellen und Batterie-Modulen sowie die Entwicklung und Validierung von Sicherheitskonzepten für den Betrieb, Transport und Lagerung von Batterien dar.
Wir befassen uns ebenfalls mit Wasserstoff als Energieträger. Mittels Hochdruckhydrolyse führen wir Untersuchungen zur Erzeugung von Wasserstoff zur stofflichen Speicherung von Überkapazitäten elektrischer Energie durch, charakterisieren die Konversionseffizienz von Membranen und untersuchen die Standfestigkeit sowie die Alterungsmechanismen von Membranen unter spezifischen Elektrolysebedingungen. Bei der Wasserstoffsicherheit spielt der Umgang mit Wasserstoff, insbesondere die sichere Lagerung und der sichere Transport, die Entwicklung und Ausführung von spezifischen Tests und die Beurteilung, Konzeption und Auslegung von Wasserstoffspeichern die wesentliche Grundlage unserer Arbeiten.
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
