Energie Speicher

Elektrische Energiespeicher | Projektleiter Peter Fischer vor den Elektrolyttanks der Redox-Flow-Batterie am Fraunhofer ICT.

mehr Info

Elektrische Energiespeicher

Elektrische Energiespeicher bilden einen relevanten Baustein für den Umbau des Energiesystems. Unsere Schwerpunkte in diesem Bereich liegen auf der Entwicklung von Batterien sowie SuperCaps. Die Einsatzmöglichkeiten von Batterien sind sehr vielseitig und reichen von kompakten mobilen Unterhaltungsund Kommunikationsgeräten über Batterien für Hybrid- und Elektrofahrzeuge bis hin zu Speichern für regenerative Energien im MW/MWh-Bereich. Das gemeinsame Entwicklungsziel dieser Anwendungsfelder ist es, eine möglichst hohe Energie- und Leistungsdichte – sprich kurze Lade- und Entladezeiten der Systeme – zu erreichen. Sicheres, zuverlässiges Arbeiten und eine lange Lebensdauer sind weitere essentielle Merkmale. Redox-Flow-Batterien sind eine zukunftsweisende Technologie für die Stromspeicherung bis in den MW-Bereich. Die gespeicherte Energie wird in externen Tanks gelagert und kann bei Bedarf in der Wandlereinheit umgesetzt werden. Sie bieten die Möglichkeit, Leistung (kW) und Arbeit (kWh) der Anwendung individuell anzupassen. So reichen die Applikationen von der Speicherung erneuerbarer Energien aus fluktuierenden Energiequellen über die mögliche Verwendung als nahezu durchgehend verfügbarer Energiespeicher im Netz bis hin zur unterbrechungsfreien Stromversorgung. Zunehmend werden wiederaufladbare Lithium-Ionen-Akkus in allen Bereichen des täglichen Lebens verwendet und gewinnen auch als stationäre Energiezwischenspeicher an Bedeutung.

Kompetenzen der Fraunhofer-Allianz Energie im Bereich Elektrische Energiespeicher

Materialentwicklung für Batterien

Materialentwicklung für Batterien Als Grundlage für die Energiespeicher der Zukunft befassen sich Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Fraunhofer-Allianz Energie mit der Entwicklung und Analyse vielzähliger Materialkomponenten. Im Vergleich zu bestehenden Energiespeichern müssen für die stationäre Anwendung langlebige Speicher mit hoher Zyklenstabilität, geringen Kosten und hoher Sicherheit betrachtet und entwickelt werden. Für die Elektromobilität von morgen sind hingegen Speicher mit hoher Energie - und Leistungsdichte – sprich kürzeren Ladezeiten – bei geringeren Kosten und höherer Sicherheit entscheidend. Dafür forschen unsere Mitgliedsinstitute an der Optimierung von Komponenten und zahlreichen Materialien und deren Kombinationen für Redox-Flow-Batterien und Hochtemperaturbatterien sowie für Lithium-Schwefel-Zellen, und Festkörperbatterien. Ebenso führen Fraunhofer-Forscher Materialtests in standardisierten Systemen durch, anhand derer physikalische Parameter erfasst und mit dem aktuellen Stand der Speichertechnik verglichen werden können.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

»RedoxWind«

Im Rahmen des Projekts »RedoxWind« wird ein Redox-Flow-Großbatteriespeicher entwickelt, der direkt an den Gleichstromzwischenkreis einer Windenergieanlage gekoppelt wird.  

 

EMBATT

Von einer Vision zur Batterietechnologie der Zukunft – Mit EMBATT realisiert das Fraunhofer IKTS mit Partnern die Umsetzung eines innovativen Konstruktionsprinzips großflächig, planar aufgebauter Bipolarbatterien.

Batterietechnologien (Li-Ionen, LiS, LiO2, ASSB, Pb, NaS, NaNiCl, RFB)

Ein Schwerpunkt der Fraunhofer-Allianz Energie liegt in der Forschung zu Energiespeichern, etwa für stationäre Anwendungen oder die Elektromobilität. In der technischen Umsetzung neuartiger stationärer Batteriekonzepte bilden dabei Kostenreduktion, Effizienz, Langlebigkeit und Zyklenstabilität sowie Sicherheit im Betrieb die wichtigsten Merkmale. Für elektromobile Anwendungen werden Batteriekonzepte anhand ihrer Kompaktheit und Energiedichte sowie anhand der Kosten und Betriebssicherheit bewertet. Hierfür erfolgt die Entwicklung und Optimierung problemangepasster Speicherlösungen. Darüber hinaus wird auch die Nachhaltigkeit und Umweltfreundlichkeit in Betracht gezogen, beispielsweise in der Entwicklung von Na-Batterien oder Redox-Flow-Batterien aus lokal verfügbaren, nicht strategischen Grundmaterialien oder von effizienten Fertigungsverfahren für Lithium-Batterien oder Redox-Flow-Batterien. Dem dient auch das Eco-Design und Recycling von Batterien für das unsere Mitgliedsinstitute Best-Practices zur ökonomischen und ökologischen Optimierung ermitteln. In eigens entwickelten Simulationsumgebungen können Daten zu physikalischen und elektrochemischen Vorgängen in verschiedenen Batterien gewonnen werden. Zudem erlauben unsere Batterie-Emulationen – also virtuelle Batterien – die Optimierung von Batterie-Management-Systemen (BMS). Weiterhin unterstützen die aus den Simulationen und praktischen Untersuchungen gewonnenen Daten bei der Auslegung von Energiespeichern (Speichersystemen) sowie Mini- oder Microgrids und ermöglichen eine technoökonomische Bewertung von Speichertechnologien.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

Redox Batterie

Forscher des Fraunhofer Instituts UMSICHT haben eine 3,2 m² große Bipolarplatte entwickelt, die den Bau großskaliger Redox-Flow-Batterien ermöglicht.

 

cerenergy®

cerenergy® ist die Technologieplattform des Fraunhofer IKTS für Keramik-basierte Hochtemperaturbatterien. Die Idee basiert auf der »Neuentwicklung« von Na/NiCl2- und Na/S-Batterien.

Power-/Supercaps

Im Vergleich zu Akkumulatoren weisen Power- bzw. Supercaps ein Vielfaches der Leistungsdichte und somit kürzere Ladezeiten auf, allerdings mit nur einem kleinen Bruchteil der elektrischen Speicherfähigkeit. Sie stellen deshalb eine vielversprechende Alternative bzw. Ergänzung zu Batterietechnologien dar. Forscherinnen und Forscher der Fraunhofer-Allianz Energie arbeiten an der Verbesserung dieser Supercaps durch den Einsatz neuer Materialien und Beschichtungstechnologien. Die Vorteile von Batterien und Supercaps vereinen wir in eigens entwickelten Hybridspeichern, die beispielsweise in Kraftfahrzeugen zum Einsatz kommen.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

NETfficient

Unter »NETfficient« wird auf der Nordsee-Insel Borkum das Stromverteilnetz mit einem hohen Anteil an Erneuerbaren Energien und diversen Speichertechnologien ausgestattet.  

Batteriemanagement und -monitoring

Die Forschung der Fraunhofer-Allianz Energie zu elektrochemischen Energiespeichern befasst sich unter dem Aspekt des sicheren Betriebs, der Überwachung und Diagnose auch mit Batteriemanagementsystemen und Batterie-Monitoring. Zu den Kompetenzen unserer Mitgliedsinstitute gehören dabei neben Batteriesimulation und -emulation auch die Entwicklung von Batteriemanagement-Software bzw. Algorithmen sowie Batterie(system)-Ferndiagnosen in Bezug auf Alterung, Restwert und Lebensdauerprognose. Des Weiteren bietet die Fraunhofer-Allianz Energie Tests von Batteriemanagementsystemen mittels speziellen Testsystemen an.

Projekte aus dem Kompetenzbereich

 

foxBMS

foxBMS ist eine kostenlose und flexible Forschungs- und Entwicklungsumgebung für Batteriemanagementsystene. Es ist die erste universale Hardware und Software Plattform, die eine vollständige Open-Source BMS Entwicklungsplattform anbietet.