Batterieforschung: Braunschweig an vier Kompetenzclustern beteiligt Von ganzheitlicher Optimierung in der Produktion bis zum Life-Cycle-Management und Recycling
Als Teil des Dachkonzepts „Forschungsfabrik Batterie“ fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit 100 Millionen Euro vier weitere Batterie-Kompetenzcluster. Die Cluster zur intelligenten Zellproduktion, zu grünen Batterien und zum Batterierecycling, zu Batterienutzungskonzepten und zur Qualitätssicherung unterstützen die Batterieforschung in Deutschland entlang der gesamten Wertschöpfungskette. Die Technische Universität Braunschweig ist in allen vier neuen Clustern mit mehreren Instituten aktiv und stärkt damit die TU-Forschungsschwerpunkte „Mobilität“ und „Stadt der Zukunft“.
Im Fokus der „Intelligenten Batteriezellproduktion“ (InZePro) steht die Produktivität einer Massenproduktion von Batteriezellen. Erreicht werden soll dies durch eine ganzheitliche Optimierung des Produktionssystems, insbesondere über Lösungen der Industrie 4.0. Schwerpunkte sind agile Anlagentechnik, Digitalisierung, Künstliche Intelligenz (KI) in der Produktion sowie virtuelle Produktionssysteme. Die TU Braunschweig steuert in sechs Projekten ihre Expertise bei: mit den Instituten für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF), für Partikeltechnik (iPAT) und für Füge- und Schweißtechnik (IFS); bei zwei Projekten ist die TU Braunschweig federführend. Professor Klaus Dröder vom Institut für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF) ist Mitglied des Koordinatorenteams.
Im Cluster „Recycling & Grüne Batterie“ (greenBatt) wirken Braunschweiger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler an zehn Projekten mit; fünf Projekte werden durch die TU Braunschweig, zwei durch das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik (IST) in Braunschweig geleitet. Professor Christoph Herrmann (TU Braunschweig, IWF, und Fraunhofer IST) ist Sprecher und Teil des Koordinatorenteams.
Zentrale Handlungsfelder des Clusters sind die systematische Gestaltung des Batterielebenszyklus und das Schließen von Material- und Stoffkreisläufen durch die Integration von rückgewonnenen Materialien und Rohstoffen in die Batteriezellproduktion. In Braunschweig werden unter anderem Recyclingprozesse für heutige Lithium-Ionen-Batterien weiterentwickelt und neue Recyclingprozesse für zukünftige Feststoffbatterien erarbeitet. Weitere Schwerpunkte umfassen die recyclinggerechte Konstruktion, die Simulation von Rohstoff-Lieferketten, neue Prozesse zur Rückgewinnung von Lithium sowie die Digitalisierung der Prozesskette mit dem Ziel einer technisch-ökonomisch und ökologischen Optimierung. Die Projekte werden in unterschiedlicher Konstellation von den Instituten für Werkzeugmaschinen und Fertigungstechnik (IWF), für Automobilwirtschaft und Industrielle Produktion (aip), für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES), für Konstruktionstechnik (IK) und für Partikeltechnik (iPAT) sowie dem Fraunhofer IST getragen.
Um zu entscheiden, wann die Zweitnutzung eines Batteriespeichers sinnvoll ist, sollen Batteriezustände und Batterieverhalten genauer untersucht werden. Dazu fördert das BMBF das Cluster „Batterienutzungskonzepte“ (BattNutzung). Gemeinsam mit dem Cluster greenBatt bildet das Cluster BattNutzung die Querschnittsinitiative Batterielebenszyklus. Im an der TU Braunschweig angesiedelten Projekt „FastChargeLongLife“ werden Betriebsgrenzen verschiedener Zellsysteme analysiert und entsprechende Schnellladestrategien während der gesamten Nutzungsphase getestet. Im Projekt „FastChargeLongLife“ arbeiten drei Institute zusammen: das elenia Institut für Hochspannungstechnik und Energiesysteme, das Institut für Energie- und Systemverfahrenstechnik (InES) und das Institut für Partikeltechnik (iPAT).
Im vierten Kompetenzcluster zur „Analytik / Qualitätssicherung“ (AQua) sollen die Kompetenzen zur Qualitätssicherung ausgebaut und gebündelt werden. Ziel der Querschnittsinitiative ist die Erarbeitung einer Matrix von Maßahmen entlang der gesamten Wertschöpfungskette – von den Ausgangsmaterialien über die Elektroden- und Zellfertigung bis hin zur Gesamtzelle. So sollen Qualitätskriterien etabliert werden, basierend auf einer einheitlichen Datenbasis und standardisierten Arbeitsabläufen für die Probenvorbereitung, Analyseverfahren und Auswertungsroutinen. Die TU Braunschweig ist mit den Instituten für Partikeltechnik (iPAT) und für Ökologische und Nachhaltige Chemie (IÖNC) in zwei Projekten beteiligt. Zum einen forschen sie zu Sensoren und zur Datenaufnahme entlang der Prozesskette in der Elektroden- und Zellproduktion. Zum anderen entwickeln sie Methoden zur Lokalisierung von Fehlerquellen innerhalb der Batteriezellproduktion mittels Impedanzspektroskopie.