Skalierbare, nachhaltige elektrische Energiespeichersysteme Batterie 2.0

Transkript

1 Skalierbare, nachhaltige elektrische Energiespeichersysteme Batterie 2.0 Koordination: Prof. Dr. Ulrich S. Schubert (CEEC Jena und FSU Jena) Prof. Dr. Michael Stelter (CEEC Jena, FSU Jena und FhG IKTS)

2 Intelligente Verpackungen Erneuerbare Energien Dezentraler Speicherbedarf Medizintechnik & Lebensmittelanalytik Mobile Geräte

3 Skalierbare elektrische Energiespeicher Mobile (druckbare) Energiespeicher Notwendig sind: Grüne (nachhaltige) Energiespeicher Peakshaving & Kurzzeitspeicher

4 Hohe Kapazität Sicherheit Nachhaltigkeit Skalierbarkeit

5 1. Ziel von Batterie 2.0 Erneuerbare Energie & Greentech Batterien Erneuerbare Energie & Greentech Batterien 2.0 Erneuerbaren Ressourcen Umweltfreundlich Ungiftig Grüne Energie Nachhaltig Nachhaltigkeit Wiederverwertbar - Elektrische Energiespeicher aus einheimischen bzw. zugänglichen Materialien - Verwendung von nachhaltigen ( grünen ) Materialien (Na, Zn, Polymere, ) - Neue Verarbeitungsmethoden (z.b. Drucktechniken)

6 2. Ziel Batterie 2.0 Skalierbarkeit Einzelne Zelle Stack Device-Integration Verarbeitungstechniken (u.a. Drucktechniken) Redox-Flow-Systeme

7 3. Ziel Batterie 2.0 Power density (W/kg) Schnell und niedrige Kapazität Kondensatoren Langsam und hohe Kapazität Batterien Energy density (Wh/kg) - Verkürzung der Ladezeiten (bis Minuten) - Senkung der Kosten - Steigerung Energiedichte (Faktor 3 bis 9)

8 Die 3 Säulen des Konsortiums Systemdesign und -integration Netzanbindung Systemführung Speicher als Betriebsmittel Materialien und Technologien Neue Materialien Drucktechniken Elektrochemie Produktionstechnik Systementwicklung Elektrochemie Fertigungstechnik

9 Speichertypen im Fokus von Batterie 2.0 Anwendung Gerätespeicher 0,5 Wh 0,5 kwh Kleinspeicher 0,5 kwh 50 kwh Mittelspeicher 50 kwh - 5 MWh Bauform Dünnschichtbatterien, ORB (Polymere Batterien) ORB, Supercap (rein organisch und Polymer-Na) schneller Leistungsspeicher Li-Ion < 10 kwh NaNiCl > 10 kwh NaNiCl, NaS Standalone und Hybrid (MCFC, Li-Ion, Supercap) Redox Flow Sonderbauformen (Flüssigmetall) Polymere: 1558 know how + lokale KMU vorhanden Ziel Fortsetzung Forschergruppe Keramik: know how + lokale KMU vorhanden Ziel Fortsetzung Forschergruppe

10 IKTS: Konzentration auf kostengünstige NaNiCl-Batterien Werkstoffe und Prozesse Skalierung vom Labor bis zur Produktion Nutzung der neuen Anlagen des Greentech Campus Hermsdorf / Batterietechnikum als Akquisevorteil Lokale KMU (Keramik) Entwicklung innovativer Anlagenkonzepte Integration von Material- und Prozessentwicklung = Fortsetzung Forschergruppe Lokale KMU (Anlagenbau für Formgebung und Ofentechnik) Stabilität und Zuverlässigkeit inline-prozessüberwachung, Testmethoden

11 FSU Jena: Polymer-basierte Batterien (von ORB bis RFB) Werkstoffe und Prozesse Skalierung vom Labor bis zum Prototyp Nutzung der neuen Labore im Neubau des CEEC Jena Lokale KMU (Anwendung) Entwicklung innovativer Batteriekonzepte Druckbare Dünnschichtbatterien Sonderformen der RFB

12 Redox-Flow-Batterien auf Kunststoff-Basis Skalierbare elektrische Speicher ohne Metalle, basierend auf industriellen chemischen Verfahren JenaBatteries macht Solarund Windenergie grundlastfähig und dezentral Verbundprojekt mit der FSU Jena beantragt bei der TAB Der einzige Batterie-Typ bei dem Kapazität und Leistung unabhängig voneinander skaliert werden können Jenabatteries.de

13 Partner Batterie Kernpartner 75 weitere Interessensbekundungen (ca. 40% aus Thüringen)

14 Langfristiges Alleinstellungsmerkmal Batterie 2.0 Eigene Rohstoffbasis Technische Regeln und Standards Eigene Fertigungstechnologie Flexible Systemanpassung Marktnähe Marktkenntnis Umsetzungskompetenz in der Region aus einer Hand! schnelle Iteration Privat / Gewerbe Industrie Netzbetrieb komplette (neue) Wertschöpfungskette

15 Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) Energieerzeugung Energiespeicherung Cleantech Photovoltaik (anorganische & Polymersolarzellen, druckbare Photovoltaik) Brennstoffzellen H 2 -Erzeugung Batterien (Li-Ion-, Li-Hybrid-, Polymer-, Redox Flow- und NaS-Batterien; stationär, mobil, druckbar; kombiniert mit Photovoltaik; Separatoren) Supercaps Membrantechnologie (Keramik- & Polymer-basierte Materialien) Green Engineering Zertifizierung Hochleistungskeramik, Elektrochemie, Glaschemie, Festphasenphysik, Organische Chemie, Technische Chemie, Materialwissenschaften, Polymerwissenschaften Design, Synthese, Up-scaling, Charakterisierung & Modelling/Simulation Von der Grundlagenforschung zu Demonstratoren; von der Erfindung zum Produkt Ausbildung/Fortbildung: Umweltchemie, Materialwissenschaften, Physik & Chemie

16 Konsequenzen aus Zwanzig20 für CEEC Jena Weitere massive Stärkung des CEEC Jena nötig zur Erreichung einer kritischen Masse für erfolgreiche große Verbundprojekte mit Themenschwerunkt elektrische Energiespeicher (Start CEEC Jena war 2011!) Radikale Innovationssprünge bei elektrischen Energiespeichern erfordern Vorlauf Thüringen kann und muss eine zentrale Rolle bei der Energiewende spielen und bietet einzigartige Chancen für bestehende und zukünftige Firmen in Thüringen (>40 Unternehmen waren im Initialkonsortium beteiligt/interessiert) Zentrale Verankerung von Energiethemen/Umwelttechnologien in RIS3-Thüringen zum Aufbau neuer nachhaltiger Wertschöpfungsketten