Am Fraunhofer IPA hergestellte fünf bis zwanzig Nanometer dicke Kohlenstoffplättchen für die Power-Cap-Elektroden.
Fraunhofer IPA
Baden-Württemberger Wissenschaftler arbeiten an neuen Super-Energiespeichern. Sogenannten Power-Caps. Sie sollen das sekunden- beziehungsweise minutenschnelle Aufladen von Batterien und die lange Speicherung von Energie ermöglichen.
Die neuartigen Stromspeicher entstehen derzeit unter der Förderung des Ministeriums für Finanzen und Wirtschaft Baden-Württemberg und in Zusammenarbeit mit dem Batteriehersteller Varta Microbattery, dem Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung IPA und weiteren Projektpartnern im Forschungsprojekt "FastStorageBW". Das Konsortium aus Industrie und Forschungseinrichtungen plant in dem Projekt in den kommenden drei Jahren, rund 60 Millionen Euro in diese Zukunftstechnik zu investieren. Das Ministerium für Finanzen und Wirtschaft will sich mit rund 25 Millionen daran beteiligen. Ziel des Forschungsprojekts, das im Jahr 2015 in die zweite Phase gehen soll, ist eine Serienproduktion von Power-Caps in Baden-Württemberg. In der ersten Phase in den Jahren 2013/2014 hatte das Ministerium das Forschungsprojekt bereits mit 3,5 Millionen Euro bezuschusst, berichtet das Fraunhofer IPA.
"Mit einem Projekt können gleich zwei Ziele erreicht werden: Zum einen wird die Elektromobilität durch kürzere Ladezeiten attraktiver. Zum anderen wird die Umsetzung der Energiewende vorangetrieben durch bessere Speichermöglichkeiten von zurückgewonnener Energie", erklärt Minister Dr. Nils Schmid.
Neue Konzepte zur Energierückgewinnung und Effizienzsteigerung
"Für eine erfolgreiche Energiewende werden leistungsstärkere Energiespeicher dringend gebraucht. Deshalb entwickeln wir passende Werkstoffe und die dazugehörende Produktionstechnik. Die hier entstehenden neuartigen, hybriden Speichertechniken vereinen die Vorteile von Superkondensatoren und Batterien. Damit ermöglichen wir Industriepartnern die Implementierung komplett neuer Konzepte zur Energierückgewinnung und Effizienzsteigerung. Das Projekt ist eine große Chance für Deutschland, Vorreiter und Innovationstreiber zu sein, und eine große Aufgabe, die nur durch viele kleine und vor allem gemeinsame Schritte erfolgreich realisiert werden kann", betont Professor Thomas Bauernhansl, Institutsleiter des Fraunhofer IPA, die Wichtigkeit dieser Arbeit.
Interdisziplinäre Aufteilung
Unter Projektkoordination von Joachim Montnacher, Geschäftsfeldleiter Energiewirtschaft am Fraunhofer IPA, entstehen in Abstimmung mit den hauseigenen Abteilungen Beschichtungssystem- und Lackiertechnik, Reinst- und Mikroproduktion, Galvanotechnik und Funktionale Materialien und in Zusammenarbeit mit dem Batteriehersteller VARTA Microbattery und weiteren Projektpartnern die Power-Caps. Aufgrund ihrer hohen Zyklenlebensdauer (>100.000 Zyklen) und ultraschnellen Aufladung (im Sekundenbereich) sollen sie neue Konzepte der Energierückgewinnung und –speicherung ermöglichen. Zudem zeichnen sie sich Angaben zufolge durch ihre hohe Zuverlässigkeit und im Vergleich zu heutigen Lithium-Ionen-Systemen unter anderem durch hervorragende Sicherheitseigenschaften aus. Montnacher ergänzt: "Die Fast-Storage-Power-Caps sollen am Ende eine vergleichbare Leistungsdichte und Schnellladefähigkeit aufweisen wie Supercaps sowie eine Energiedichte, die an die herkömmlicher Batterien heranreicht. Gleichzeitig streben die Entwickler eine Lebensdauer von zehn bis fünfzehn Jahren an - für Batterien sind drei bis acht Jahre typisch. Die Power-Caps sollen zudem eine deutlich höhere Temperaturbeständigkeit haben als Batterien, hundert Mal mehr Ladezyklen überstehen und ihre Ladung über mehrere Wochen ohne nennenswerte Verluste durch Selbstentladung halten können."
Entwicklung von Materialkomponenten und Fertigungsverfahren
Die ersten Versuche wurden laut Forscher bereits erfolgreich abgeschlossen und der nächste Schritt sei geplant: die Entwicklung von Materialkomponenten und Fertigungsverfahren. Als ein wichtiger Partner dabei wird Varta Microbattery genannt. Das Unternehmen möchte laut Angaben des Instituts die in FastStorageBW entwickelte PowerCaps Technik zur Serienreife führen und diese Technik auch produzieren. "Das Marktpotential ist erheblich", betont Herbert Schein, CEO der Varta Microbattery. "In den nächsten vier bis sechs Jahren könnte das Marktpotenzial bei zwei bis drei Milliarden Euro liegen", schätzt der CEO weiter.
Edward Pytlik, Leiter der Forschungs- und Entwicklungsabteilung für PowerCaps bei Varta Microbattery, sieht für den neuen Speicherzellen-Typ vor allem Vorteile hinsichtlich Energiedichte, Sicherheit, Lebenserwartung und Kosten. Vor allem die besonderen Anforderungen bei der Energierückgewinnung verlangen, so Pytlik, nach der neuen Speichertechnik: Je schneller und aufnahmefähiger der Speicher, desto mehr Energie lasse sich zurückgewinnen.