Zink-Ionen-Batterien für die stationäre Energiespeicherung - Fertigung und Assemblierung (InFab); Teilvorhaben: Technologieentwicklung für ZIB Zellen/Module

Abstract

Im Verbundprojekt INFAB wird ein Batteriespeichersystem für stationäre Anwendungen auf Basis einer Zink-Ionen-Batterie (ZIB)-Zellchemie mit wässrigem Elektrolyten entwickelt. Ziel ist die Erforschung und Entwicklung einer Anlagen- und Prozesstechnik zur automatisierten Herstellung, um den Weg für die Großserienproduktion des Speichersystems zu bereiten. Der Bedarf an stationären Stromspeichern zur Speicherung erneuerbarer Energien, insbesondere für Heimspeicheranwendungen, wird in Zukunft stark zunehmen. Die ZIB-Technologie überzeugt durch einfachen Systemaufbau, hohe Betriebssicherheit, ungiftige Materialien und umweltfreundlichen Rohstoffabbau in der EU. Zentrale Ziele des Vorhabens sind die anwendungsspezifische Erforschung der Zink-Ionentechnologie sowie die Entwicklung von Herstellungsprozessen und einer Architektur für das Batteriespeichersystem. Zudem werden Batteriemanagementsysteme (BMS) und Energiemanagementsysteme (EMS) für die Integration in Speichersysteme entwickelt. Parallel dazu werden flexible und automatisierte Fertigungsprozesse sowie mehrere Prozess- und Montageanlagenmodule erforscht und aufgebaut. Diese Forschungs- und Entwicklungsarbeiten schaffen die Voraussetzungen für die Großserienproduktion der Batteriespeicher. Das Projekt steht im Kontext der Batterieforschung für stationäre Batteriespeicher (SBS). Die Herausforderungen liegen in den Bereichen Sicherheit, Langlebigkeit, Investitionskosten, anwendungsspezifische Speicherkosten (Levelized Cost of Energy Storage, LCOS), Rohstoffverfügbarkeit sowie Umwelt- und Sozialverträglichkeit im gesamten Produktlebenszyklus. Im Rahmen des Projekts werden neuartige dreidimensionale Elektrodenstrukturen entwickelt, um eine hohe Energiedichte pro Zelleinheit und gleichzeitig hohe Leistungsdichte zu erzielen. Diese Strukturen sollen den Innenwiderstand reduzieren und die Stabilität der Elektroden sowohl mechanisch (Kathode) als auch elektrisch (Anode) verbessern. Die Entwicklungen auf Material- und Zellebene fließen in eine nachhaltige Zell-, Modul- und Systemarchitektur ein, einschließlich der Entwicklung geeigneter Herstellungsverfahren für wiederaufladbare ZIB-Zellen, die für die industrielle Großserienproduktion skaliert werden können. Ziel ist es, den Technologiereifegrad der ZIB-Technologie und der zugehörigen Fertigungstechnik auf TRL 6 (Prototyp in Einsatzumgebung) anzuheben.