vgbe energy journal 7 (2022) - International Journal for Generation and Storage of Electricity and Heat

News from Science & Research
Wird ein Elektro-Auto aufgeladen, steigt
die Ladeanzeige anfangs schnell, zum
Schluss aber deutlich langsamer. „Das ist
wie beim Einräumen eines Schranks: Am
Anfang ist es einfach, Gegenstände in den
Schrank zu stellen, aber je voller er wird,
desto mehr muss man sich anstrengen, einen
freien Platz zu finden“, erklärt Dr. Anatoliy
Senyshyn von der Forschungs-Neutronenquelle
Heinz Maier-Leibnitz (FRM II)
der TUM.
Wie die innere Struktur einer Batterie vor
und nach dem Laden aussieht, ist bereits
bekannt. Ein Forschungs-Team unter Leitung
des Heinz Maier-Leibnitz Zentrums an
der TUM beobachtete nun erstmals auch die
Lithium-Verteilung einer Batterie während
des kompletten Lade- und Entladeprozesses
am Materialforschungsdiffraktometer
STRESS-SPEC. Die Messungen überprüften
sie am hochauflösenden Pulverdiffraktometer
SPODI.
Verteilung der Lithium-Ionen
entscheidend
Beim Laden wandern die Lithium-Ionen
dabei von der positiv geladenen Elektrode
zur negativ geladenen Elektrode, beim Entladen
in die andere Richtung.
In den nun durchgeführten Untersuchungen
konnten die Forschenden beobachten,
dass sich die Verteilung des Lithiums beim
Laden und Entladen ständig verändert. „Ist
das Lithium ungleich verteilt, funktioniert
in Bereichen der Batterie, in denen zu viel
oder zu wenig Lithium vorhanden ist, der
Austausch von Lithium zwischen Anode und
Kathode nicht zu hundert Prozent. Eine
gleichmäßige Verteilung steigert dagegen
die Leistungsfähigkeit“, erklärt Senyshyn.
Genauer, kleiner, besser
Den Forschenden gelang es, die ungleiche
Verteilung von Lithium in einer Batterie mit
sehr hoher Auflösung festzuhalten: Um die
gesamte Batterie zu erfassen, untersuchten
sie ein winziges Teilvolumen nach dem anderen
und setzten diese Einzelmessungen
dann zu einem großen Bild zusammen.
Mithilfe des Deutschen Elektronen-Synchrotron
DESY der Helmholtz-Gemeinschaft
und der European Synchrotron Radiation
Facility ESRF war es möglich, Teilvolumina
mit Abmessungen im Mikrometerbereich
zu wählen. Dadurch erkannten die
Forschenden, dass nicht nur entlang der
Elektrodenschichten, sondern auch senkrecht
zu den Schichten das Lithium ungleich
verteilt ist.
Schnell laden vs. Reichweite
Die beobachteten Effekte könnten langfristig
dabei helfen, Akkus, zum Beispiel für
Elektro-Autos, weiterzuentwickeln, so Senyshyn:
„Viele Eigenschaften von Batterien
lassen sich durch die Verteilung des Lithiums
beeinflussen. Wenn wir diese besser
unter Kontrolle haben, können wir die Performance
von Batterien in Zukunft deutlich
verbessern.“
LL
www.frm2.tum.de (222341234)
Marktfähige Power-to-X-
Technologien entwickeln
(spin) Im Rahmen eines neuen Projektes des
Spitzenclusters Industrielle Innovationen
(SPIN) entsteht eine offene Versuchsplattform
für die Entwicklung von Power-to-X-Technologien.
Untersucht werden
dabei Möglichkeiten, CO 2 -haltige Abgasströme
zunächst in ein Synthesegas aus
Kohlenmonoxid und Wasserstoff und dann
in verschiedene Produkte für die Chemie-,
Kraftstoff- und Kunststoffindustrie umzuwandeln.
Die nordrhein-westfälische Landesregierung
fördert dieses Vorhaben mit
5,3 Mio. Euro.
Die Federführung des Projektes „PtX-Plattform“
liegt bei der Mitsubishi Power Europe
GmbH. Gemeinsam mit SPIN sowie den Projektpartnern
– dem Fraunhofer UMSICHT,
dem Lehrstuhl für Umweltverfahrenstechnik
und Anlagentechnik (LUAT) der Universität
Duisburg-Essen sowie Evonik Industries
– will das Unternehmen marktfähige
Lösungen für die effiziente Nutzung überschüssigen
Stroms entwickeln. Ein Schwerpunkt
werden dabei Wasserstoff- sowie Carbon-Capture-Use-and-Storage-Technologien
sein: CCU und CCS. Entsprechende containerbasierte
Anlagen entstehen auf dem
Gelände des LUAT. Sie umfassen u.a.
CO 2 -Abtrennung und katalytische Co-Elektrolyse
und stellen alle notwendigen Energieund
Stoffströme zur Verfügung.
Das Fraunhofer UMSICHT erarbeitet im
Zuge des Projektes u.a. Grundlagen, um in
einem Power-to-X-Reaktor die elektrolytische
Herstellung von Synthesegas im Labormaßstab
zu demonstrieren. „Dazu skalieren
wir neuartige Gasdiffusionselektroden und
setzen sie für die Aufgabe in angepassten
Reaktoren ein“, erklärt Prof. Dr. Ulf-Peter
Apfel, Leiter der Abteilung Elektrosynthese.
„Weitere Komponenten der Elektrolysezellen
werden so aufeinander abgestimmt, dass
Verlustleistungen und Gasleckagen minimiert
sowie die Zusammensetzung des Synthesegases
möglichst kontrolliert variiert
werden können.“ Neben der Erstellung der
erforderlichen Komponenten führt das Institut
auch die Entwicklung, Errichtung und
Inbetriebnahme eines skalierten Elektrolysesystems
(inkl. der Teststandperipherie)
durch und integriert alles in die Containerumgebung
der Plattform.
Darüber hinaus testen die Wissenschaftlerinnen
und Wissenschaftler des Fraunhofer
UMSICHT Katalysator-Systeme, die neu von
Evonik entwickelt worden sind und bei der
Synthese von Alkoholen zum Einsatz kommen.
„Wir schauen uns Umsatz, Menge und
Konzentration sowohl der auftretenden Produkte
als auch der Nebenprodukte an und
haben dabei vor allem die Lebensdauer des
Katalysators im Blick“, so Prof. Apfel. „Auf
Basis unserer Testergebnisse nimmt Evonik
dann weitere Optimierungen der Katalysatoren
sowie deren Scale-up in Angriff.“ Das
beste System wird dann für den Pilotreaktor
ausgewählt.
SPIN
SPIN schafft Allianzen aus relevanten Akteuren
in NRW wie Wirtschaftskonzerne,
mittelständische Unternehmen, Start-ups
sowie Universitäten und Forschungsinstituten
in den Bereichen Energie und Digitaltechnologie.
Ziel ist es, in anwendungsbezogenen
Forschungsprojekten Zukunftstechnologien
voranzutreiben. Der Fokus liegt dabei
auf der Entwicklung von klimafreundlichen
Technologien, Verfahren und Produkten zur
erfolgreichen Transformation der Industrie
und des Energiesystems in der Region Rhein-
Ruhr. Das Ministerium für Wirtschaft, Innovation,
Digitalisierung und Energie des Landes
Nordrhein-Westfalen (MWIDE) fördert
seit Dezember 2021 für drei Jahre den Aufbau
der SPIN-Geschäftsstelle im Co-Working-Space
des Essener ruhrHUB. Das Spitzencluster
beschäftigt zurzeit fünf Mitarbeitende
und umfasst 14 Mitglieder, die gemeinsam
mit weiteren Partnern an sechs bewilligten
Forschungsprojekten mit einem Projektvolumen
von rund 20 Mio. Euro arbeiten.
SPIN ist auch eines von 73 Projekten der
Ruhr-Konferenz zur Gestaltung des Strukturwandels
der Metropole Ruhr.
LL
www.spin.ruhr/projekt/p2x-produkte-aus-gruenstrom/
(222341236)
TU Wien erfindet
chemischen Wärmespeicher
(tu-w) Energie chemisch speichern, verlustfrei
monatelang lagern und im Winter damit
heizen: Das wird durch einen nun patentierten
chemischen Reaktor möglich.
Energie langfristig zu speichern ist wohl
das größte bisher ungelöste Problem der
Energiewende. An der TU Wien wurde nun
ein neuartiger chemischer Wärmespeicher
erfunden, mit dem man große Energiemengen
auf umweltfreundliche Weise praktisch
unbegrenzt lange speichern kann.
26 | vgbe energy journal 7 · 2022