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Die Anlaufphase einer Gigafactory zur Herstellung von Batteriezellen, -modulen und -packs für die Elektromobilität und andere Anwendungen ist entscheidend für ihren späteren Erfolg.

Seit Mitte 2018 läuft am Campus des Fraunhofer-Instituts für Chemische Technologie ICT eine 2-MW-Windkraftanlage im Forschungsbetrieb. Diese ist gleichstromseitig mit einer großen Redox-Flow-Forschungsbatterie mit einer Kapazität von 6 MWh verbunden. Im Sommer 2023 wurde zusätzlich eine 3.300 m² große Photovoltaikanlage mit 690 kWp Leistung gleichstromseitig in die Gesamtanlage integriert.

In Münster wurde heute ein bedeutender Meilenstein für die Erforschung und Produktion nachhaltiger und ressourcenschonender Batteriezellen erreicht: Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger, der nordrhein-westfälische Ministerpräsident Hendrik Wüst sowie der Präsident der Fraunhofer-Gesellschaft Prof. Holger Hanselka haben gemeinsam den ersten Bauabschnitt der Fraunhofer-Forschungsfertigung Batteriezelle FFB, die sogenannte »FFB PreFab«, eröffnet. Auf rund 6.800 Quadratmetern Forschungsfläche startet die Fraunhofer FFB damit nun auch den Forschungsbetrieb am Originalstandort mit der Inbetriebnahme innovativer europäischer Maschinentechnologie.

Batterien zu optimieren, sei es für die E-Mobilität oder für große Speicheranlagen, ist eine der wichtigen Aufgaben für Industrie und Wissenschaft. Am Fraunhofer-Institut für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM gehört die Simulation von Batteriemodellen seit Jahren zum Tagesgeschäft. Mit einer knappen Million Euro unterstützt das rheinland-pfälzische Ministerium für Wissenschaft und Gesundheit nun ein neues Projekt, welches den gesamten Herstellungsprozess im Modell abbildet.

Ein neuer Umfeldbericht der Fraunhofer FFB befasst sich mit Natrium-Ionen-Batterien als alternative Batterietechnologie. Die Forschenden untersuchen die technologischen Eigenschaften der Batterie sowie die Aktivitäten in Forschung und Industrie bezüglicher dieser Technologie – beginnend bei der Materialherstellung über die Zellproduktion bis hin zur Entstehung von Anwendermärkten. Der Umfeldbericht entstand im Rahmen des vom BMBF geförderten Gesamtvorhabens »FoFeBat«.

Lithium-Ionen-Batterien (LIB) sind unverzichtbare Schlüsselkomponenten für die Elektromobilität und das Gelingen der Energiewende. Sie bieten eine hohe Energiedichte und hohe Zyklenfestigkeit. Acht Partner aus Industrie und Wissenschaft entwickeln im Förderprojekt „revoLect“ (Förderkennzeichen: 03ETE041) Technologien und Komponenten, um ressourcenschonende und effizientere LIBs produzieren zu können. Das Projekt verfolgt zwei wesentliche Innovationen: der Ersatz der üblichen Metallfolien durch eine metallisierte Gewebestruktur als Stromsammler und der Einsatz von Silizium als Anodenmaterial.

Innerhalb des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Gemeinschaftsprojektes „nextBatt“ (Förderkennzeichen: L1FHG42421) sollten ressourceneffiziente Produktionsprozesse für Batterieanoden der nächsten Generation entwickelt werden. Am Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP wurden dazu neue Materialkombinationen und eine effiziente Fertigungstechnologie erarbeitet. Das Institut stellt die jüngsten Forschungsergebnisse auf der Konferenz SVC 2022, vom 3. bis 5. Mai 2022, in Long Beach/USA, auf dem Stand Nr. 436 vor.

Im August 2021 startete das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Projekt PolySafe (Förderkennzeichen 03XP0408). Ziel von PolySafe ist es, die Sicherheit von Lithium-Ionen-Batterien durch den Einsatz neuartiger Stromkollektoren zu steigern. Im Fokus stehen dabei Metall-Polymer-Komposit-Stromkollektoren, die das thermische Durchgehen von Batteriezellen verhindern und damit die Brandgefahr verringern. An dem mit knapp 4 Millionen Euro geförderten Projekt sind die VON ARDENNE GmbH, die Brückner Maschinenbau GmbH & Co. KG, das Fraunhofer-Institut für Organische Elektronik, Elektronenstrahl- und Plasmatechnik FEP, das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST, die Battery LabFactory Braunschweig der TU Braunschweig sowie die Varta Microbattery GmbH beteiligt.

Das Projektteam der Fraunhofer-Gesellschaft und die Forschungspartner in Nordrhein-Westfalen arbeiten intensiv daran, das vom BMBF und dem Land geförderte Konzept für eine innovative und erfolgreiche Forschungsfertigung Batteriezelle am Standort Münster umzusetzen. Dies geschieht im Schulterschluss mit den Batteriekompetenzzentren im ganzen Land und adressiert direkt die wegweisende Entscheidung der Politik, zukunftsorientiert in die Entwicklung einer deutschen Batterieindustrie einzusteigen. Ziel ist es, die deutsche Wirtschaft zu befähigen, eine ökonomische und ökologische Produktion von Batteriezellen durchzuführen.

Energiespeichertechnologien bilden das Rückgrat künftiger Entwicklungen in bedeutenden Wirtschaftszweigen wie der Energie- und der Automobilindustrie. Elektroautos benötigen leistungsfähige Batterien für entsprechende Reichweiten, Strom aus erneuerbaren Energien ist auf stationäre Energiespeicher angewiesen. Um die Rolle des Wirtschaftsstandorts Deutschlands hier nachhaltig auf Erfolgskurs zu führen, hat ein interdisziplinäres Fraunhofer-Team ein Konzept für eine »Forschungsfertigung Batteriezelle« ausgearbeitet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat auf dieser Basis die Einsetzung einer Gründungskommission veranlasst und die Fraunhofer-Gesellschaft als Trägerin der künftigen Einrichtung beauftragt, das Bewerbungsverfahren für den künftigen Standort zu begleiten. Die Entscheidung fiel nun auf Münster, wie das BMBF heute bekannt gab.

Um Batterien künftig preisgünstiger und umweltschonender herstellen zu können, haben Forscher am Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden ein neues Produktionsverfahren entwickelt. Dabei beschichten sie die Elektroden der Energiespeicherzellen mit einem trockenen Film statt mit flüssigen Chemikalien. Das spart Energiekosten und macht giftige Lösungsmittel in diesem Prozessschritt überflüssig. Ein finnisches Unternehmen erprobt die neue IWS-Technologie bereits erfolgreich in der Praxis.

Wissenschaftler des Fraunhofer IWS um Dr. Holger Althues haben ein innovatives Verfahren zur kosteneffizienten Herstellung dünner Lithiumanoden aus geschmolzenem Lithium entwickelt. In dem vom BMBF geförderten Projekt »MaLiBa« arbeitet das Dresdner Institut mit den Unternehmen hpulcas und der Prüfgesellschaft SGS sowie Wissenschaftlern um Prof. Dr. Jürgen Janek von der Justus-Liebig-Universität Gießen an der Lösung weiterer kritischer Probleme rund um dieses Konzept. Die wichtigste Innovation besteht in der Realisierung eines Anodenverbundes. Dieser besteht aus einer mittels Schutzschichten stabilisierten Lithiumschicht auf einer wenigen Mikrometer dicken Nickelfolie.

Eine Welt, die von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energien wechselt, wird immer mehr von der Energiespeicherung und insbesondere von Batterien abhängig sein. Bessere Batterien können nicht nur den CO2-Fußabdruck des Verkehrssektors reduzieren, sondern auch das Stromnetz stabilisieren. Die groß angelegte europäische Forschungsinitiative »Battery 2030+« bringt führende Wissenschaftler und Unternehmen aus ganz Europa zusammen, um entscheidende Fortschritte in der Batteriewissenschaft und -technologie zu erreichen. Das erste der »Battery 2030+« Projekte startet im März 2019 und legt die Basis für diese Forschungsinitiative zu den Batterietechnologien der Zukunft.

Die Praxis steht am 20. Februar 2019 in Aachen im Mittelpunkt des ersten Lasersymposiums Elektromobilität: Das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT lädt ein zu zehn Vorträgen mit Experten aus Industrie und Forschung, rund um neue laserbasierte Fertigungsmethoden für die Produktion von Batteriemodulen und -packs.

Die Fraunhofer Allianz Batterie hat in einer Studie die Entwicklungsperspektiven für die in Elektrofahrzeugen eingesetzten Lithium-Ionen-Batterie-Zellformate zylindrisch, prismatisch und Pouch aus einer ganzheitlichen Perspektive heraus untersucht und bewertet. Dabei zeigen sich unter den getroffenen Prämissen bis zum Jahr 2025 insbesondere das Pouch-Format sowie das 21700er-Format als vorteilhaft. Je nach individueller, anwendungsspezifischer Anforderung und Systemauslegung können aber mittelfristig alle Zellformate geeignet sein. Das multikriterielle Analyse- und Bewertungstool der Allianz Batterien kann helfen, die anwendungsspezifisch optimalen Zellformate zu identifizieren.

Für die Mobilitätswende wird mit höchster Intensität nach Hochleistungsbatteriesystemen für die Elektromobilität gesucht. Denn: Ein wesentlicher Schlüssel zum Erfolg dieser Technologien ist die breite und bezahlbare Verfügbarkeit von Batterien mit hoher Energie- und Leistungsdichte bei gleichzeitig wirtschaftlichem Fertigungs- und Wartungsaufwand. Zudem wird eine hohe Zuverlässigkeit und Sicherheit über die gesamte Lebensdauer erwartet. Über die nächsten drei Jahre werden deshalb zehn Partner aus Wissenschaft und Industrie vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie für die Entwicklung von Hochleistungsbatterien auf Basis dreidimensionaler Stromableiter gefördert.

Im Mai 2017 ist das von der Fraunhofer-Gesellschaft geförderte Verbundprojekt LiScell erfolgreich beendet worden. Erforscht wurde die Lithium-Schwefel-Technologie, die mit geringen Materialkosten und hoher Energiedichte eine attraktive Energiespeicherlösung für die Mobilität der Zukunft sein könnte.

Anders als in Norwegen oder China ist die Elektromobilität im deutschen Autoalltag noch nicht angekommen. „Sie bietet im Spannungsfeld zwischen ökologischer Vernunft, Verantwortung für die Zukunft sowie technischen und wirtschaftlichen Kompromissen ganz neue Perspektiven in der nachhaltigen Mobilität“, erklärt Prof. Dr. Tobias Melz, Leiter des Fraunhofer-Instituts für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF. Mit zahlreichen Forschungsprojekten arbeitet das Darmstädter Institut aktiv daran, der Elektromobilität zum Durchbruch zu verhelfen. Einblicke in die Ergebnisse zeigt das Fraunhofer LBF beim 3. Tag der Elektromobilität am 9. April auf dem Marktplatz in Darmstadt.

Es ist spät geworden, am Donnerstagabend des 16. März, aber die Windenergieanlage steht. Es war schon diffizil, diese Großanlage in unmittelbarer Nähe zur Großbatterie und weiteren Gebäuden auf dem Gelände des ICT aufzustellen. Nachdem das sechste Turmteil diesmal unbeschadet den Transport aus Brandenburg ans ICT überstanden hatte, konnte es am Dienstag losgehen. Der etwa 100 Meter hohe Turm wurde fertig gestellt. Am Donnerstagvormittag wurde dann die 50 Tonnen schwere Gondel auf den Turm gesetzt. In diesem Maschinenhaus befinden sich unter anderem das Getriebe und der Generator.

Zukünftige Entwicklungen der Elektromobilität gehören zu den Schwerpunkten in Forschungsprojekten des Fachbereichs Elektro- und Informationstechnik der Hochschule Darmstadt. In Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF in Kranichstein haben Studierende eine Interfacebox entwickelt, die AC-Ladevorgänge von Elektrofahrzeugen nachvollziehen und analysieren kann. Die Interfacebox bietet auch die Option einer Fahrzeugsimulation. Auf diese Weise kann die Kommunikation von Ladesäulen ohne reellen Ladevorgang untersucht werden.