Energiespeicher und Systeme für die Zukunft

Seine Kompetenzen zum Thema Energiespeicher bündelt das Fraunhofer IST gemeinsam mit den Fraunhofer-Instituten IKTS und IFAM im Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme ZESS.

Das gemeinsame Ziel ist es, mobile und stationäre Energiespeichersysteme an die industrielle Reife heranzuführen und zukunftsfähige Lösungen zu entwickeln. Dabei sollen insbesondere Technologiereifegrade von TRL 4 bis 6 erreicht werden, d. h. von der Realisierbarkeit im Labormaßstab bis zum Einsatz als Prototyp in der relevanten Umgebung. Das ZESS arbeitet eng mit der Technischen Universität Braunschweig und der Battery LabFactory Braunschweig (BLB) zusammen.

Bei der Entwicklung und Produktion von künftigen Energiespeichern liegt der Schwerpunkt des Fraunhofer IST im Projektzentrum auf dem Gebiet der Festkörperbatterien (All Solid State Batteries).

Der neue Bereich des Fraunhofer IST im ZESS fokussiert zum einen die Energiespeicherentwicklung und Verfahrenstechnik und zum anderen die zugehörigen Fabriksysteme und das Life Cycle Management.

Zentrale Themenfelder des Fraunhofer IST sind:

• Herstellung von Anoden- und Kathodenmaterialien sowie Festkörperelektrolyten
• Formulierungsstrategien für Festkörperbatterien
• Mischen
• Granulieren
• Dispergieren

• Partikel- und Pulvercharakterisierung
• Röntgenstrukturanalyse (XRD) 
• Elementaranalyse (EDX/WDX)
• Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, STEM)
• Elektronenmikroskopie (FIB, REM, EDX)
• Röntgenphotoelektronenspektroskopie (XPS/ESCA) 
• Partikelbeschichtung zur Aufbringung nitridischer und metallischer Schichten
• Atomlagenabscheidung (ALD) 
• PVD-Verfahren
• Oberflächenbeschichtung 
• Poröse Siliziumschichten mittels Dünnschichtverfahren (Gasfluss-Sputtern, Heißdraht-CVD mit Trockenätzen)
• Metallische Schichten (Cu, Ag, Sn, Cr, Al) mittels Kalt-Plasmaspritzpressen

• Elektrodenfertigung für Festkörperbatterien mittels Nass- und Trockenprozessen
• Elektrodencharakterisierung hinsichtlich mechanischer, struktureller, elektrischer und elektrochemischer Eigenschaften 
• Elektronenmikroskopie (FIB-REM, EDX)
• Rasterkraftmikroskopie (AFM)
• Profilometrie
• Impedanzspektroskopie
• Härteprüfungen
• Röntgenbeugung (XRD)
• Tiefenprofilanalyse (SIMS) 
• Batteriezellfertigung
• Komponentenentwicklung
• Anlagen- und Maschinendesign
• System- und Prozessauslegung
• Modellbasierte Planung und Betrieb von Batterie-Produktionssystemen einschließlich Simulation vom Produkt bis zur Fabrik
• Cyber-physikalische Produktionssysteme (CPPS): Vernetzung virtueller Modelle mit realer Batterieproduktion
• Data Mining and Data Analytics entlang der Batterie-Prozesskette 
• Datenerfassung
• Verarbeitung
• Auswertung
• Lebensweganalysen für eine ganzheitliche Produkt- und Prozessoptimierung 

Unsere Aktivitäten decken den kompletten Lebenszyklus von Batteriesystemen ab – vom Rohstoff bis zum Batterierecycling – und konzentrieren sich gleichermaßen auf technische, ökonomische und ökologische Fragestellungen.