Braunschweig: Promovierende zeigen Verbesserungspotenziale von Batteriesystemen

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12/08/2015 14:17

Braunschweig: Promovierende zeigen Verbesserungspotenziale von Batteriesystemen

Dr. Elisabeth Hoffmann Presse und Kommunikation
Technische Universität Braunschweig

    Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des „Graduiertenkollegs Energiespeicher & Elektromobilität Niedersachsen“ (GEENI) stellen heute, am 8.12.2015, ihre Ergebnisse und Ideen zur Verbesserungen von Batteriesystemen für die Elektromobilität der Industrie vor. Sie diskutieren mit Teilnehmern aus Industrie und Politik, wie Mobilität zukünftig ohne fossile Brennstoffe gewährleistet werden kann.

    GEENI wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) gefördert. Erstmalig bündelt das Graduiertenkolleg die Natur- und Ingenieurwissenschaftlichen Kompetenzen von Instituten aus fünf verschiedenen Hochschulen Niedersachsens, der Physikalisch Technischen Bundesanstalt (PTB) und dem MEET Batterieforschungszentrum der Wilhelms-Universität Münster, um gemeinsam Antworten auf die Frage des Batteriekonzeptes der Zukunft zu finden. Eine zentrale Rolle für GEENI spielen die Battery Labfactory Braunschweig, in der die Elektroden und Kathoden für die zu untersuchenden Batteriezellen hergestellt wurden, bzw. das Niedersächsische Forschungszentrum Fahrzeugtechnik (NFF) der Technischen Universität Braunschweig, das sich für die Organisation des Graduiertenkollegs verantwortlich zeigte.

    Seit 2012 forschen die 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vernetzt in Arbeitsgruppen zusammen. Ihr Ziel ist es, die wechselseitigen Abhängigkeiten der Transportprozesse (Ionen-, Elektronen- und Wärmestrom) und des mechanischen Stresses von den eingesetzten Materialien und den Verarbeitungsprozessen aufzuklären. Darauf aufbauend sollen mit neuen Materialien und Fertigungstechnologien substantielle Verbesserungen von Batteriesystemen für die Elektromobilität erreicht werden. „Die Promovierenden wurden projektbegleitend durch hochschulübergreifende Praktika, Seminare und Vorlesungen für die Aufgaben in Industrie und Forschung qualifiziert und vorbereitet“ führt Prof. Arno Kwade, Sprecher des Graduiertenkollegs und der Battery LabFactory Braunschweig, aus. „Über den Stand der Forschung berichteten die Promovierenden halbjährlich auf gemeinsamen Kolloquien, aber auch auf zahlreichen Fachtagungen und internationalen Symposien.“

    Langlebigere Batteriezellen

    Den Forschern ist es gelungen, eine neue, umweltfreundliche Syntheseroute zur Abscheidung von Metallen auf kohlenstoffbasierten Materialien zu entwickeln. Auf diese Weise konnte die Haftung von Anodenmaterialien auf dem Stromsammler verbessert werden, was zu einer höheren Zyklenstabilität und Kapazität von Lithium-Ionen-Halbzellen führt. In der Praxis können so langlebigere Batteriezellen entstehen.

    Mikrobatterien für die Medizintechnik

    In einem weiteren Projekt gelang es, ein Verfahren zur Herstellung von kristallinen LiMn2O4 Dünnschichten mittels Laserablation zu entwickeln. Die so hergestellten Dünnschichten, eignen sich zur Herstellung von „All-Solid-State“ Mikro-Batterien. Diese können zukünftig in Energiespeichern von energieautarken Sensoren oder in medizinischen „Lab on a Chip“-Systemen eingesetzt werden.

    Leistungsfähigere Elektroautos

    Als weiteres Beispiel ist die Entwicklung eines ganz neuen in-situ Messverfahrens zu nennen. Es ermöglichte den Nachweis einer bisher nicht bekannten Reduzierung der mechanischen Festigkeit des weitverbreiteten Anodenmaterials Graphit bei der schnellen Ladung. Dies kann beim schnellen Laden und Entladen der Batteriezellen langfristig zu einem Leistungsverlust der Batterie im Elektroauto führen. Anhand dieses Messverfahrens gelang es den Forschern auch andere Aktivmaterialien gezielt zu untersuchen und Optimierungsstrategien vorzuschlagen, um eine Performancesteigerung der Batteriezelle und damit der Leistungsfähigkeit des E-Fahrzeugs zu erreichen.

    In Niedersachsen gibt es ein breites Umfeld von Firmen, die in der Batterieentwicklung tätig sind und bereits während der Projektlaufzeit in die Forschungsarbeiten eingebunden werden konnten. Als ein Erfolg kann bereits heute die positive Resonanz der Unternehmen gewertet werden, die einige der hoch qualifizierten Doktoranden nach deren ausgezeichneten Abschlüssen übernommen haben.

    Hintergrundinformationen zu GEENI:

    GEENI ist ein Promotionsprogramm an der Schnittstelle zwischen Natur- und Ingenieurwissenschaften, das die standortbezogene Doktorandenqualifizierung durch ein standortübergreifendes, interdisziplinär ausgelegtes Qualifizierungsprogramm ergänzt. Untersucht wurden im Rahmen des Graduiertenkollegs GEENI die Wechselwirkungen von Materialentwicklung, Fertigungstechnologien und Leistungsverbesserungen mit dem Fokus, die Vorgänge in Lithium-Ionen-Batterien deutlich zu verbessern. Das niedersächsische Ministerium für Wissenschaft und Kultur (MWK) fördert GEENI mit rund fünf Millionen Euro.

    Die Projektkoordination und Antragsstellung erfolgte über das Niedersächsische Forschungszentrum Fahrzeugtechnik (NFF), einem von fünf Forschungszentren der TU Braunschweig. Als interdisziplinäres Zentrum wurde das NFF 2007 mit Unterstützung der Niedersächsischen Landesregierung und der Volkswagen AG gegründet, um die Forschungsregion Braunschweig als Spitzenstandort in der Fahrzeugtechnik mit internationalem Rang zu etablieren. Mit GEENI entstand eine effektive Kooperation für die gemeinsame Forschung von Industrie und Wissenschaft. Beispielhaft für die hervorragende Vernetzung der norddeutschen Forschungslandschaft und der Forschungsregionen ist die Standortübergreifende Nutzung technischer Einrichtungen, Methoden, Verfahren und Kompetenzen der einzelnen Projektpartner.

    Die in GEENI kooperierenden Institute und Forschungseinrichtungen sind auch Mitglied der Forschungsallianz Batterietechnik Norddeutschland (FABENO e.V.), die für den norddeutschen Wissenschaftspreis 2014 nominiert war und zu den drei Finalisten des Wettbewerbs gehörte.

    GEENI-Projektpartner

    Carl von Ossietzky Universität Oldenburg
    Institut für Reine und Angewandte Chemie

    Georg-August-Universität Göttingen
    Institut für Materialphysik
    Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst
    Fakultät Naturwissenschaften und Technik
    Leibniz Universität Hannover
    Institut für Turbomaschinen und Fluid-Dynamik
    Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie
    Institut für Anorganische Chemie

    Technische Universität Braunschweig
    Institut für Ökologische und Nachhaltige Chemie
    Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik
    Institut für Partikeltechnik
    Institut für Hochspannungstechnik und elektrische Energieanlagen
    Institut für Füge- und Schweißtechnik

    Technische Universität Clausthal
    Institut für Chemische Verfahrenstechnik
    Institut für Energieforschung und Physikalische Technologien
    Institut für Mechanische Verfahrenstechnik
    Instituts für Elektrische Energietechnik

    Westfälische Wilhelms-Universität Münster
    MEET Batterieforschungs-Zentrum

    Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und
    Angewandte Materialforschung – IFAM

    Kontakt:

    Jens Geißmann
    Technische Universität Braunschweig
    Battery LabFactory Braunschweig
    Geschäftsführer Organisation & Kommunikation
    Langer Kamp 8
    38106 Braunschweig
    Tel.: +49 (0) 531 391 946 58
    Email: j.geissmann@tu-braunschweig.de


    More information:

    http://www.tu-braunschweig.de/forschung/zentren/nff/batterylabfactory


    Criteria of this press release:
    Business and commerce, Journalists
    Electrical engineering, Energy, Environment / ecology, Mechanical engineering, Traffic / transport
    transregional, national
    Research projects, Research results
    German


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