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Aktuelles und Termine

Presseinformation der Technischen Universität Braunschweig
vom 08.12.2015

Mobilität ohne fossile Brennstoffe – Promovierende des Graduiertenkollegs GEENI zeigen Verbesserungspotenziale von Batteriesystemen

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

Presseinformation der Technischen Universität Braunschweig
vom 26.11.2015

Weiterbildungsprogramm Mobil4e:
Elektromobilität in der akademischen Weiterbildung für Unternehmen

Die Batterie ist ein wesentlicher Bestandteil des Elektrofahrzeugs. Sie bestimmt maßgeblich dessen Reichweite, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und Sicherheit. Das neue Weiterbildungsprogramm „Mobil4e“ dient der Sensibilisierung sowie Fort- und Weiterbildung für die Etablierung einer elektromobilen Zukunft. Unter Federführung des Niedersächsischen Forschungszentrums Fahrzeugtechnik (NFF) der Technischen Universität Braunschweig wurde es von Fachleuten aus insgesamt sechs niedersächsischen Hochschulen entwickelt und umgesetzt. Geteilt in Generalisten- und Expertenmodule werden allgemein Interessierte ebenso wie Spezialisten abgeholt, tiefgehend informiert und weitergebildet.

Einer der Anbieter ist die Battery LabFactory Braunschweig (BLB), eine Einrichtung im NFF. Neben den theoretischen Grundlagen durch Vorträge erlernen die Teilnehmer den Bau von Batteriezellen und den Umgang mit Simulationstools in virtuellen Laboren und praktischen Weiterbildungswerkstätten.

Für die Fertigung zukunftsweisender Batterien in der Elektromobilität ist ein umfassendes Verständnis der Batteriefunktionalität im Zusammenspiel mit ihren Komponenten ausschlaggebend. Die Herstellung einer Batterie erfordert ein komplexes Zusammenspiel von vielen einzelnen Schritten, die sich zum Teil gegenseitig beeinflussen und jeweils einen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Batterie haben.
In zwei von insgesamt zehn Weiterbildungsmodulen erlernen die Teilnehmer in jeweils 2,5 Tagen in der BLB neben der praktischen Herstellung vor allem den Einfluss der verschiedenen Herstellungsprozesse auf das Produkt Batteriezelle. Das Highlight des Programms bildet die oft vermisste Verknüpfung von Theorie und Praxis. Die Teilnehmer werden in Vorträgen mit den Themenschwerpunkten „Elektroden- und Zellherstellung“, „Zellcharakterisierung“ und „Elektroden- und Zellmodellierung“ auf einen einheitlichen Wissensstand gebracht. Neueste Forschungsergebnisse zeigen Zusammenhänge auf, die bisher unerforscht waren und eine weitere Optimierung von Reichweite, Sicherheit und Langlebigkeit zulassen.

Genau diese Zusammenhänge werden danach praktisch in einem virtuellen Lernlabor anhand von eigens konzipierter, an realen Versuchsdaten validierter
Batteriesimulationssoftware nachgestellt, um das Systemverständnis der Teilnehmer noch weiter zu festigen.

In einem letzten Schritt erhalten die Teilnehmer die Möglichkeit, die realen Daten selber in einem Versuch zu erheben. Die Ergebnisse lassen Rückschlüsse auf eine reale, industrielle Zellfertigung zu und können so dem Standort Deutschland den entscheidenden Wettbewerbsvorteil durch Schaffung eines detaillierten Systemverständnisses erbringen.


Hintergrundinformationen zu „Mobil4e“:

Mit dem Förderprogramm „Schaufenster Elektromobilität“ setzt die Bundesregierung eine zentrale Maßnahme des 2011 beschlossenen Regierungsprogramms Elektromobilität um. Ziel des Programms ist es, die deutschen Kompetenzen in den Bereichen Elektrofahrzeug, Energieversorgung und Verkehrssystem in ausgewählten, groß angelegten, regionalen Demonstrations- und Pilotvorhaben systemübergreifend zu bündeln und sichtbar zu machen. Im Schaufenster Niedersachsen arbeiten 200 Partner aus Wirtschaft, Wissenschaft, Land und Kommunen zusammen. Im Rahmen des Schaufensters werden über 30 Projekte in der Metropolregion realisiert. Diese teilen sich auf in 20 bundesgeförderte Projekte, sechs assoziierte Projekte und neun Landesprojekte.

„Mobil4e“ ist eines dieser Projekte in dem von Universitäten und Fachhochschulen des Schaufensters Elektromobilität ein hochschulübergreifendes modulares Fort- und Weiterbildungsangebot zu Themenfeldern der Elektromobilität geschaffen wurde. Zielgruppe sind Angehörige ausgewählter akademischer Berufsfelder wie Ingenieure, Techniker und im Management tätige Personen.

Es werden mehr als zehn Weiterbildungsmodule und Labore zu folgenden fünf Themenkomplexen angeboten: „Elektrofahrzeuge“, „Batterie“, „Leistungselektronik und E-Maschinen“, „Ladeinfrastruktur“ sowie „Mobilität und Geschäftsmodelle“. Ein virtuelles Lernlabor ermöglicht eine über alle Weiterbildungsmodule geltende Simulationsumgebung des gesamten Fahrzeugs an.

„Mobil4e“ als Teil eines vom BMBF öffentlich geförderten Projektes innerhalb des „Schaufenster Elektromobilität“, wurde von 31 Instituten an sechs niedersächsischen Hochschulen und durch kooperierende Industriepartner entwickelt. In Kooperation mit dem Schaufensterprojekt „QWeMob“ wurde das dort entwickelte Qualifizierungskonzept für die Umsetzung in Unternehmen gemeinsam mit Industriepartnern wie der Continental AG, IAV GmbH und der Volkswagen AG auf die MOBIL4e-Weiterbildungsmodule angewendet. Zudem wurde ein virtuelles Lernlabor geschaffen, welches über alle Weiterbildungsmodule eine Simulationsumgebung des gesamten Fahrzeugs anbietet. Hierdurch lassen sich z.B. für das Thema „Batterie“ ohne aufwendige Versuche sehr eindrucksvoll die Auswirkungen der wichtigsten Stellschrauben der Batterieproduktion auf die Leistungsfähigkeit einer Batterie erkennen und darstellen.

Laufzeit:                       3 Jahre von Juni 2013 bis Juni 2016
Projektvolumen:           3,5 Mio. Euro
Fördermittelgeber:        Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
Projektpartner:
Leibniz Universität Hannover; Hochschule Hannover; Technische Universität Braunschweig; Technische Universität Clausthal; Ostfalia Hochschule für angewandte Wissenschaften; Hochschule für Bildende Künste Braunschweig

Presseinformation der Technischen Universität Braunschweig
vom 10.12.2015

Lithium-Ionen Batterien – Patentierte Technik ermöglicht Recyclingquote von 75 Prozent

Am heutigen 11.12.2015 wurde an der Technischen Universität Braunschweig eine Demonstrationsanlage zum Recycling von Lithium-Ionen-Batterien eingeweiht. In dieser Anlage werden Batterien aus Elektroautos demontiert, entladen, so aufbereitet, dass mit der neuentwickelten und von namhaften Konsortialpartnern mehrfach zum Patent angemeldeten Verfahren Recyclingquoten von über 75 Prozent pro Batteriesystem ermöglicht werden. Der derzeitige Stand der Technik liegt bei unter 60 Prozent. Zuvor wird die in den Altbatterien gespeicherte Restenergie bei der Entladung in das Stromnetz der TU Braunschweig eingespeist und dem Wertschöpfungsprozess wieder zugeführt.
Aufgrund der eingesetzten unterschiedlichen Materialien und der Komplexität der Traktionsbatterien war die Entwicklung dieses Recyclingverfahrens eine umfangreiche Aufgabe, die das Zusammenwirken von verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen und Industriepartnern verlangte. Die Battery Labfactory Braunschweig (BLB), als eine Einrichtung des Niedersächsischen Forschungszentrums Fahrzeugtechnik der TU Braunschweig, erwies sich dabei als geeignete Forschungsumgebung, um das gesetzte Projektziel zu erreichen. Das entwickelte Verfahren zur Rückgewinnung von Lithium, Kobalt und weiteren Rohstoffen ist sowohl von ökologischer als auch von strategischer Bedeutung für die Sicherung von Rohstoffen für die Batterieproduktion in Deutschland.
Mit dem Prozess werden wertvolle Materialien zurückgewonnen, die Primärrohstoffe wie Lithium, Nickel oder Kobalt in der Neuproduktion von Traktionsbatterien ersetzen können. Das Leuchtturm-Projekt „LithoRec II“ leistet somit einen wichtigen Beitrag zu einer nachhaltigen Elektromobilität sowie zur Verringerung der geostrategischen Abhängigkeit von wichtigen Rohstoffen.
Gefördert wurde die in dieser Ausführung vermutlich weltweit einmalige Demonstratoranlage zum Recycling von Lithium-Ionen Batterien im Rahmen des „LithoRec II“-Projektes durch das Bundesumweltministerium (BMU).

Bild: Demontage einer Batterie für Elektrofahrzeuge – TU Braunschweig.

Hintergrundinformationen zu „LithoRec II“:
LithoRec II ist ein Leuchtturmprojekt der Bundesregierung im Bereich Recycling und Ressourceneffizienz. Ziel des Projekts ist die Entwicklung und Erprobung eines Recyclingprozesses für Lithium-Ionen-Altbatterien (LIB) aus Elektrofahrzeugen. Hierzu wurde von den beteiligten Projektpartnern aus Industrie und Wissenschaft eine Demonstrationsanlage in Braunschweig errichtet, in der die Prozesskette von der Entladung der Batterien über die Demontage bis zu verfahrenstechnischen Prozessen zur Aufbereitung und Separation der Wertstoffe abgebildet wird. Die Forscher vereinen hierbei material- und prozesstechnische Fragestellungen, die ein erfolgreiches Recycling von lithiumbasierten Batteriesystemen aus der Elektromobilität bestimmen. Das Ergebnis ist eine erfolgsversprechende Verwertung von Altbatterien, die sich nachweislich wirtschaftlich und ökologisch positiv auswirkt.
Zentrale Ziele des Verbundprojektes LithoRec II sind die materialspezifische Weiterentwicklung des im Vorgängerprojekt LithoRec im Labormaßstab untersuchten ganzheitlichen Recyclings von Lithium-Ionen-Batterien für Traktionsanwendungen, der Aufbau einer Pilotanlage für die mechanische Separation der Batteriematerialien und die Umsetzung sämtlicher Verfahren der Recyclingkette im Pilotmaßstab. Dabei werden demontierende, verfahrenstechnische und metallurgische Verfahren eingesetzt. Die Forscherinnen und Forscher untersuchen sämtliche Prozesse der Recyclingkette von der Deaktivierung von Batterien und Zellen über die (teil-) automatisierte Demontage der Batterien bis hin zur Zerkleinerung und Klassierung der verschiedenen Materialfraktionen. Um eine hohe Rückgewinnungsquote zu erzielen, wird auch das Recycling der Elektrolyte (Leitsalze und Lösungsmittel) und der Anodenbeschichtungen (Graphit) untersucht.
Parallel zu den Forschungsarbeiten wurde die Pilotanlage errichtet und betrieben, die alle Prozessschritte umfasst. Die separierten Aktivmaterialien können wieder zu batteriefähigem Material aufgearbeitet werden. Ein weiteres Projektziel ist die Aktualisierung einer Ökobilanz, um die Umweltvorteile gegenüber der Gewinnung aus Primärrohstoffen zu beziffern.
Im Mai 2011 wurden von der Bundesregierung die Leuchttürme, sechs besonders relevante Technologiebereiche der Elektromobilität, definiert. In diese werden die von den Bundesministerien geförderten Forschungsprojekte eingegliedert. Im Rahmen des Technologiebereiches „Recycling und Ressourceneffizienz“ hat „LithoRec II“ auf Grund seiner hohen Relevanz für die Weiterentwicklung der Elektromobilität in Deutschland das Gütesiegel „Leuchtturmprojekt“ erhalten.
Laufzeit:                       2012 – 2015
Fördermittelgeber:        Bundesministerium für Umwelt, Naturschutz, Bau und Reaktorsicherheit
Projektpartner:
An LithoRec II sind die Firmen Rockwood Lithium, Audi, Bosch Rexroth, Electrocycling, H.C. Starck, Hosokawa Alpine, I+ME Actia, KUKA Roboter, Lion Engineering (ein Start-Up der TU Braunschweig), Solvay Fluor und Volkswagen beteiligt. Auf wissenschaftlicher Seite sind zusätzlich zum Institut für Partikeltechnik (iPAT) das Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF), das Institut für Hochspannungstechnik und Elektrische Energieanlagen (elenia), das Institut für Thermische und Chemische Verfahrenstechnik (ICTV), das Institut für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion (AIP) (alle TU Braunschweig) sowie das MEET Batterieforschungszentrum von der WWU Münster beteiligt.
Die wissenschaftliche Leitung hat die TU Braunschweig in Person von Prof. Dr.-Ing. Arno Kwade vom iPAT.


Verbundprojekte
MehrDimPart

Global Comminution Collaborative

DFG-Schwerpunktprogramm “Dynamische Simulation vernetzter Feststoffprozesse”


DFG-Schwerpunktprogramm “Kolloidverfahrenstechnik”

DFG-Schwerpunktprogramm “Partikel im Kontakt”

DFG-Forschergruppe “Mikropart”

Sonderforschungsbereich SFB 578 “Vom Gen zum Produkt”

BMU-Verbundprojekt “LithoRec”

“LiVe” Lithium-Verbundstrukturen

BMBF Innovationsallianz Lithium Ionen Batterie LIB 2015

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