Zur Speicherung elektrischer Energie entwickeln wir neue, effiziente Möglichkeiten und untersuchen auch bereits auf dem Markt befindliche Systeme. Unsere Schwerpunkte liegen dabei auf Lithium-Ionen-Batterien, Festkörperbatterien, Redox-Flow-Batterien und sogenannten Post-Lithium-Ionen-Systemen, wie zum Beispiel Lithium-Schwefel oder Natrium-basierten Batterien. Zellen und Batteriemodule werden sowohl thermisch als auch elektrisch charakterisiert und simuliert, um sie dann für spezifische Anwendungsfelder auszulegen. Einen weiteren Schwerpunkt unserer Arbeiten stellen Sicherheits- und Abuse-Untersuchungen mit begleitender 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. Für Redox-Flow-Batterien untersuchen wir unterschiedliche kostengünstige und nachhaltig nutzbare Speichermaterialien und arbeiten an der Kostenreduktion des Gesamtsystems, insbesondere im Stackaufbau.
Unsere Arbeiten im Bereich der Wandler teilen sich auf drei Themenschwerpunkte auf, Materialentwicklung, Testung und Systementwicklung. Im Themenschwerpunkt Materialentwicklung liegt unser Fokus auf Katalysatorsystemen für die Wasserelektrolyse, Träger für Sauerstoffentwicklungs- / (OER-)Katalysatoren für die PEM-Elektrolyse und geträgerte Katalysatoren und edelmetallfreie OER-Katalysatoren für die AEM-Elektrolyse, ausgehend von MOF-Präkursoren. Auch für die Anwendung in der HT-PEMFC und in der DMFC entwickeln wir Elektrokatalysatoren. In der Brennstoffzellen-Testung liegt unser Fokus auf der Methodenentwicklung für die Untersuchung von Degradationsprozessen, insbesondere der Kohlenstoff- und Ionomerkorrosion mittels Online-Massenspektrometrie. Wir optimieren die Betriebsweise kommerzieller Brennstoffzellenstapel für Sonderanwendungen im militärischen, aber auch zivilen Bereich und entwickeln die hierfür benötigten Systeme samt Auswahl geeigneter Peripheriekomponenten und der Steuerung.
Weiterhin untersuchen wir Wasserstoff als Energieträger für den Antrieb von Brennstoffzellen in mobilen und stationären Anwendungen. Das Hauptaugenmerk liegt hierbei bei der Wasserstoffsicherheit im jeweiligen System. Wir betrachten verschiedene Betriebszustände bis hin zum Worst-Case-Szenario. So berechnen wir mögliche Leckagen und Fehler, sind in der Lage die Umsetzung von Wasserstoff auf unserem Testgelände, das für bis zu drei Kilogramm TNT-Äquivalent ausgelegt ist, im Versuch zu validieren. Ergänzend bearbeiten wir Fragen rund um den Sicherheitsabstand im Tankstellenbereich und der Druckabsicherung von Tankstellenbehältern. Für die Energieversorgung in Wohnquartieren mit regenerativ hergestelltem Wasserstoff entwerfen wir die Gesamtauslegung des Systems inklusive der Brennstoffzellen zur Rückverstromung, der Nutzung der Abwärme aus der Brennstoffzelle und der bedarfsgerechten Verteilung per Nahwärmenetz.
Thermische Speicher werden sowohl auf der Basis von Phase-Change-Materials (PCM) als auch von Zeolithen entwickelt und charakterisiert. Dazu gehört die physikalisch-chemische Grundlagencharakterisierung inklusive der modellhaften Beschreibung und die Charakterisierung von Ad- und Desorptionsphänomenen mithilfe thermoanalytischer Methoden. Die Auslegung, der Aufbau und der Test von Sorptionsspeichern und Sorptionskühlungssystemen, Wärmespeichern auf Basis von Phase-Change-Materials sowie die Auslegung und der Aufbau und Test von Hybridbauteilen, die thermische Masse und Isolation verbinden, ergänzen sehr anwendungsbezogen unsere Grundlagenuntersuchungen. Im Bereich der elektromotorischen Antriebe beschäftigen wir uns intensiv mit Elektromotoren und Getriebesystemen für batterieelektrische Fahrzeuge. Dabei fokussieren wir uns auf Technologien, die eine hohe gewichtsspezifische Leistungsdichte und einen hohen Wirkungsgrad versprechen.
Im Bereich der Entwicklung von Traktionsbatteriesystemen liegt unser Forschungsschwerpunkt auf der Entwicklung von leichten, sicheren und funktionsintegrierten Lösungen, die den Anforderungen an hohe Energie- und Leistungsdichten sowie den Sicherheitsanforderungen beim schnellen Laden und Entladen gerecht werden. Im Bereich der verbrennungsmotorischen Antriebe ist unser Forschungsschwerpunkt die Entwicklung technischer Lösungen im gesamten Antriebsstrang für mobile Anwendungen. Dabei betrachten wir den Verbrennungsmotor sowohl als alleiniges Antriebsaggregat als auch in Kombination mit einem Elektromotor als hybrides Antriebssystem.
Alle in Verbindung von Antriebssystemen stehenden Entwicklungen werden bei uns konstruktiv und simulativ unterstützt und auf Prüfständen mittels Versuchserprobung validiert.
Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
