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Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg

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Bundesministerium für Bildung und Forschung

Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt Referat 525: Batterieforschung; KIT

Bundesministerium für ­Forschung, Technologie und Raumfahrt

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Die Forschung an Lithium-Ionen-Batterien ist ein entscheidender Schritt für die Elektromobilität und für eine emissionsarme Zukunft. Eine besondere Herausforderung besteht in der Herstellung kostengünstiger und effizienter Batteriezellen. Eine erfolgreichere Umsetzung in der industriellen Anwendung wird durch eine höhere Energiedichte bei einem modifizierten Herstellungsprozess für die Lithium-Ionen-Zellen erwartet. Ein vielversprechender Ansatz zur Erhöhung der Energiedichte sind ultra-dicke hochkapazitive Elektroden. Dabei ist die Erarbeitung eines umfangreichen Verständnisses für Batterie-Strukturierungskonzepte ein wichtiger Schritt.
Das Projekt HiStructures adressiert zu klärende Fragestellungen, die den Einsatz von ultra-dicken Elektroden behindern. Ein Nachteil von ultra-dick beschichteten Hochenergieelektroden ist die geringe mechanische Qualität und Strombelastbarkeit. Projektziel ist die signifikante Steigerung der Energiedichte durch ultra-dicke beidseitig beschichtete Elektroden und die Behebung damit korrelierender Leistungseinbrüche. Dies soll durch angepasste Prozesse und maßgeschneiderte Strukturierung der Elektroden erreicht werden. Gleichzeitig sollen Material- und Herstellungskosten eingespart sowie ein nachhaltiges Herstellungskonzept erarbeitet werden.

Diesbezüglich erforscht innerhalb des Projekts das ZSW die Herstellung und Strukturierung der Kathode. Die TU Braunschweig erarbeitet das Konzept für die Herstellung und Strukturierung der Anoden. Beschichtungs- und Trocknungsanalysen werden am KIT und an der TU Braunschweig durchgeführt. Die Erforschung der simultan beidseitigen Beschichtung zur Herstellung der Elektroden erfolgt am KIT. Am ZSW wird schließlich ein Vollzellenkonzept aus ultra-dicken Kathoden und Anoden erforscht. Parallel zu den experimentellen Arbeiten werden stochastische 3D-Strukturmodelle von der Universität Ulm, strukturaufgelöste elektrochemische Simulationen vom DLR sowie Modellierungen und Optimierungen mittels homogenisierter Strukturmodelle von der TU Braunschweig erarbeitet.

Das Vorhaben unterstützt durch innovative, nachhaltige Produktionskonzepte eine Technologie-führerschaft einer großskaligen Batterieproduktion in Deutschland. Diese soll dazu beitragen, die Kompetenzen für LIB und die Stärkung der industriellen Wettbewerbsfähigkeit in Deutschland weiter auszubauen.

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Hierarchische Strukturierung hochkapazitiver Elektroden

Frau Dr. Alice Hoffmann

Standort Ulm

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Standort Ulm

Frau Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens

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Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Projektträger Jülich

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[verbundprojekt]

[Verbundprojekt]

Die Ziele und Aufgaben des iPAT sind:

- Durch beidseitige, ultra-dicke Elektrodenbeschichtungen auf Kollektormaterialien sollen im Vergleich zum Stand der Technik (3- 4 mAh/cm²) sehr hohe Flächenkapazitäten (Ziel: 8- 10 mAh/cm² je Seite) realisiert werden
- Produktionskonzepte werden erarbeitet, mit denen eine Fertigung ultradicker, doppelseitig beschichteter Hochenergieelektroden trotz der großen produktionstechnischen Herausforderungen kontinuierlich und kosteneffizient mittels Extruder und Mehrlagenschlitzdüse produziert werden können
- Im Elektrodenkomposit soll mit Hilfe optimaler Passivmaterialverteilung und hierarchischer Strukturierung (z.B. Aktivmaterialblends, Gradientenelektroden, Mehrlagenbeschichtung) die zunehmende Transportlimitierung behoben und die Trocknung der Elektroden effizienter gestaltet werden

Quelle: https://www.tu-braunschweig.de/ipat/forschung/batterieverfahrenstechnik/histructures (jüngster Zugriff: 04.10.2023)

Technische Universität Carolo-Wilhelmina zu Braunschweig

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Technische Universität Braunschweig

Stabsstelle Presse und Kommunikation

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Battery LabFactory Braunschweig

Technische Universität Braunschweig Braunschweiger LabFactories for Batteries and more Battery LabFactory Braunschweig

Braunschweiger LabFactories for Batteries and more

Frau  Laura Gottschalk

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Institut für Partikeltechnik

Technische Universität Braunschweig Institut für Partikeltechnik

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Universitätsaufgaben, Campus Süd

Karlsruher Institut für Technologie Universitätsaufgaben, Campus Süd

Karlsruher Institut für Technologie

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Thin Film Technology

Karlsruher Institut für Technologie Materialwissenschaftliches Zentrum für Energiesysteme Thin Film Technology

Materialwissenschaftliches Zentrum für Energiesysteme

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Universität Ulm

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

Institut für Stochastik

Universität Ulm Institut für Stochastik

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Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.

Kommunikation

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Institut für Technische Thermodynamik

Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. Institut für Technische Thermodynamik

Laufzeit	01.10.2019 - 31.03.2023
Ausführende Stelle	ZSW • StO Ulm
Standort	Ulm
Fördersumme	1.199.721,00 €
Projektvolumen	1.199.721,00 €
Fördergeber	BMFTR

Projekt

HiStructures

Hierarchische Strukturierung hochkapazitiver Elektroden

Projektbetreuung als

Standort Ulm

Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg

Förderung

Arbeitseinheit NMT: Neue Materialien und Chemie

Dieses Projekt ist Teil des Verbundprojekts

HiStructures

Weitere Teilprojekte des Verbundvorhabens

Teilprojekt 2

Laufzeit:

Förderkennzeichen:

Battery LabFactory Braunschweig

Teilprojekt 3

Laufzeit:

Förderkennzeichen:

Thin Film Technology

Teilprojekt 4

Laufzeit:

Förderkennzeichen:

Institut für Stochastik

Teilprojekt 5

Laufzeit:

Förderkennzeichen:

Institut für Technische Thermodynamik

Dieses Projekt ist Teil der Förderinitiative

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Standort Ulm

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Standort Ulm

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