Energiespeicher

Mit der Abkehr von nuklearen und fossilen Brennstoffen hat die Energiewende den Fokus der Energiegewinnung und -speicherung neu definiert. Zahlreiche Branchen haben bereits die Umstellung auf alternative Energieträger begonnen. Auch die Automobilindustrie steht vor der Herausforderung, nachhaltige Energieformen zu erschließen und neue Produktionstechnologien zu entwickeln. Daher nimmt der der Bedarf an neuen Energiespeichern und effizienten Herstellungsverfahren stetig zu.

Besonders für die Mobilität von morgen sind Energiespeicher entscheidend, wenn wir uns ressourcenschonend und emissionsfrei fortbewegen und Güter transportieren möchten. Damit eine CO2-neutrale Mobilität bezahlbar bleibt und durch große Reichweiten, hohe Nutzlasten und kurze Tankvorgänge in vielen Anwendungen des Individual- und Güterverkehrs tatsächlich Einzug halten kann, sind technische Weiterentwicklungen und neue Konzepte für die Herstellung von Energiespeichern unverzichtbar.

Die Elektrifizierung von Fahrzeugen lässt die Nachfrage nach Batteriezellen schnell ansteigen. Elektrische Fahrzeuge, die mit einer Brennstoffzelle betrieben werden, können als Alternative für Fahrzeuge mit hohen Nutzlasten und großen Reichweiten dienen. Die Stromerzeugung aus Sauerstoff und Wasserstoff kann auf diese Weise herkömmliche Antriebsarten von Lkw, Baugeräten oder Bussen und sogar von Flugzeugen und Zügen ersetzen – bei gleichzeitig kurzer Tankdauer.

Das Geschäftsfeld »Energiespeicher« am Fraunhofer IPT entwickelt Lösungen für die Serienproduktion von Energiespeichern, mit dem Ziel die Herstellungskosten zu senken und eine hohe Wertschöpfung für die Industrie zu erreichen. Dabei konzentrieren wir uns auf Batteriezellen sowie auf PEM-Brennstoffzellen (Protonen-Austausch-Membran) als elektro-chemische Energiewandler in Kombination mit Wasserstoffdrucktanks. Ebenso steht die Produktionstechnologie zur Erzeugung von grünem Wasserstoff durch Elektrolyse in unserem Fokus.

Ihre Branche im Fokus

Automobil

Wir unterstützen Unternehmen mit Produktionstechnologien für die kosteneffiziente Serienproduktion von Energiespeichersystemen und deren Komponenten.

Energie

Wir überblicken und entwickeln Produktionstechnologien für Elektrolyseure zur Wasserstoffproduktion aus erneuerbaren Energien.

Luftfahrt

Wir stellen Prototypen von Komponenten aus neuen Materialien für elektrische Antriebssysteme mit hoher Leistungsdichte bereit.

Unser Leistungsangebot im Geschäftsfeld Energiespeicher

  • PEM-Brennstoffzellen: Komponentenfertigung und Stacking, zum Beispiel prototypische Herstellung und Analyse metallischer Bipolarplatten sowie diskrete und kontinuierliche Fertigung von MEA.
  • Unterschiedliche Umformverfahren für die Bipolarplattenherstellung: Prototypische Umformung mit verschiedenen Technologien und Bewertung der Umformergebnisse
  • Wasserstoffdrucktanks: Prototypische Herstellung und Analyse  faserverstärkter Wasserstoffdrucktanks für verschiedene Druckniveaus.
  • Druckspeicher: Produktionslösungen für gewickelte FVK-Drucktanks einschließlich Wickelanlagen
  • Produktionsausrüstung: Beratung und Vergleich unterschiedlicher Herstellungsverfahren für Umformwerkzeuge. Prototypische Fertigung mit verschiedenen Technologien
  • Entwicklung von Sondermaschinen, beispielsweise Rolle-zu-Rolle-Anlagen
  • Elektrolyseure: Fertigung von Komponenten und automatisierte Montage
  • Automatisierte Reinigung von Komponenten
  • Technologie-Benchmarks: Analyse und Bewertung von Produktionstechnologien für Komponenten und Systeme von Energiespeichern
  • Auslegung gesamter Produktionslinien für die großserientaugliche Produktion unter Berücksichtigung von Automatisierungs- und Handlinglösungen.
  • Beratung zur Digitalisierung der Produktion im Rahmen der Qualitätssicherung
  • Wertstromanalysen für Produktionsprozesse

Gemeinsam mit der Industrie und anderen Forschungseinrichtungen diskutieren wir die Anforderungen an die Herstellung von Energiespeichern, ihre technologische Umsetzung und aktuelle Forschungsergebnisse. Besonders eng arbeiten wir dafür mit unseren Partnern in der Fraunhofer Forschungsfertigung Batteriezelle FFB und dem Center »Fuel Cell Industrialization FCI« zusammen.

Aktuelle Projekte zum Thema Energiespeicher

Diese Auswahl unserer aktuellen Projekte bietet Ihnen einen Einblick, in welche Richtung wir uns bewegen. Sprechen Sie uns gerne an, wenn Sie eine Idee gemeinsam mit uns diskutieren und eine Lösung finden möchten.

Videomaterial

Datenschutz und Datenverarbeitung

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Typ-4 Druckbehälter aus Faserverbundkunststoff weisen ein außergewöhnliches Energiespeichervermögen bei geringem Gewicht auf und werden daher bevorzugt zur Speicherung von Wasserstoff und anderen Gasen in Mobilitätsanwendungen eingesetzt. Werden thermoplastische faserverstärkte Tapes zur Verstärkung des Behälters verwendet, kann der Fertigungsprozess ohne Emissionen und Rückstände umweltgerecht gestaltet und der Behälter anschließend besser recycelt werden. Das Fraunhofer IPT entwickelt Produktionsanlagen und Prozesse für die Herstellung thermoplastischer Faserverbundkunststoff-Druckbehälter. Das Video zeigt die Herstellung eines solchen Typ-4 Druckbehälters im laserunterstützten Tapewickelverfahren.

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Das Video zeigt die standardisierte Prozessentwicklung für die Herstellung von Leichtbaukomponenten aus Faserverbundkunststoff am Fraunhofer IPT. Das gewählte Beispiel ist die Produktion eines Druckbehälters. Im ersten Schritt werden die geometrischen und prozessrelevanten Randbedingungen zusammen mit dem Kunden definiert. Anschließend erfolgt die Generierung von Pfaddaten zum lagenweisen Aufbau des Faserverbundkunststoff-Laminats. Nach Verifizierung des Maschinencodes kann das Bauteil auf einer Produktionsanlage des Fraunhofer IPT hergestellt werden. Dabei werden systematisch Prozessdaten erhoben, die anschließend gezielt ausgewertet werden.

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Brennstoffzellen setzen sich aus einer Vielzahl an Einzelzellen zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Wasserstoff und Sauerstoff zusammen. Die darin benötigten Bipolarplatten müssen in hoher Stückzahl produziert werden um die exponentiell wachsende Nachfrage in den kommenden Jahren decken zu können. Das Fraunhofer IPT arbeitet an Technologien, die ein Upscaling für die wirtschaftliche Hochvolumenproduktion ermöglichen.