Kernkompetenz »Energiesysteme«

Zur Speicherung elektrischer Energie entwickeln wir neue effiziente Möglichkeiten und untersuchen bereits auf dem Markt befindliche Systeme. Die 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 unterschiedliche Anwendungen auszulegen. Einen weiteren Schwerpunkt 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 dar. In unseren Abuse-Laboren können wir thermische, mechanische und elektrische Sicherheitstests an Li-Ionen Zellen und an Modulen bis 2 kWh durchführen.

Elektrokatalysatoren für Brennstoffzellen und Elektrolyseure der nächsten Generation bilden einen Schwerpunkt im Bereich der Wandler. Der Themenschwerpunkt liegt in der Entwicklung von alkalischen Direktalkohol-Brennstoffzellen, zum Beispiel der Entwicklung von Palladium-Nichtedelmetalllegierungskatalysatoren für die Alkoholoxidation oder Ionomeren mit hoher Stabilität in alkalischen Alkohollösungen. Zum Betrieb mit militärisch verfügbaren logistischen Kraftstoffen entwickeln wir Anodenkatalysatoren für Mitteltemperaturbrennstoffzellen, die eine hohe Toleranz für Verunreinigungen (insbesondere schwefelhaltige Verbindungen) haben. Wir besitzen darüber hinaus eine hohe Kompetenz in der Online-Analytik elektrochemischer Prozesse. Diese werden auch für die Untersuchung von Degradationsprozessen in automobilen PEMFC genutzt.

Zu unserer Kompetenz gehört ferner die Auslegung von Systemen für den Einsatz in ungewöhnlichen Umgebungen, zum Beispiel unter Wasser.

Eine weitere Möglichkeit der effizienten Nutzung von elektrischer Energie ist die Gewinnung von chemischen Erzeugnissen. So befassen wir uns mit der Entwicklung elektrochemischer Reaktoren einschließlich Elektrokatalysatoren und Elektroden sowie der Integration in einen Gesamtprozess und Kopplung an Folgeprozesse. Ein aktuelles Beispiel ist die elektrochemische Gewinnung von Wasserstoffperoxid durch partielle Reduktion von Luftsauerstoff mit gekoppelter Nutzung in einer Selektivoxidation.

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 Themengebiet der stofflichen Speicher befassen wir uns am Fraunhofer ICT mit Wasserstoff als Energieträger und Plattformchemikalie. Ein besonderer Kompetenzschwerpunkt liegt dabei in der sicherheitstechnischen Beurteilung und Auslegung von Systemen, Anlagen und Prozessen.

Der Umgang mit Wasserstoff, insbesondere die Lagerung und der Transport, die Entwicklung und Ausführung von spezifischen Sicherheitstests sowie die Beurteilung, Konzeption und Auslegung von Wasserstoffspeichern ist Schwerpunkt unserer Arbeiten. Die Ausstattung unseres Anwendungszentrums für stationäre Speicher ermöglicht die Charakterisierung und Entwicklung eines breiten Spektrums von Materialien bis hin zum Verhalten des Speichers im elektrischen Netz mit erneuerbaren Energien.