Batterien für Elektrofahrzeuge oder als Speicher für erneuerbare Stromerzeugung sind äußerst komplexe Multimaterialsysteme, an die besonders hohe Ansprüche gestellt werden. Innovationen an solchen Systemen sind herausfordernd, da die Auswirkung von einzelnen Anpassungen auf das Gesamtprodukt nicht oder nur unzureichend abgeschätzt werden kann. Derzeitige Simulationsmodelle vereinfachen Ergebnisse oder berücksichtigen keine lokalen Effekte. Vermeintliche Verbesserungen können so ungewollt zu negativen Wechselwirkungen führen, die im schlimmsten Fall erst bei der Anwendung entdeckt werden. Ein virtueller Ansatz soll diese Problematik jetzt entschärfen. Im FFG COMET Modul BattLab soll in den nächsten vier Jahren eine effiziente Methode entwickelt werden, um den Einfluss des thermomechanischen Verhaltens einzelner Komponenten auf das Gesamtverhalten unter Berücksichtigung von Alterungseffekten vorherzusagen. Dazu ist eine multidisziplinäre und holistische Vorgehensweise nötig: Wissenschaflter*innen des WPK und des PCCL sowie zahlreiche Forschungs- und Unternehmenspartner aus diversen Branchen und Fachrichtungen arbeiten eng zusammen, um ihren Beitrag zum Übergang hin zu einer kohlenstoffneutralen Gesellschaft zu leisten.
Die Forscher*innen werden in BattLab drei Schwerpunktthemen bearbeiten: Erstens werden innovative, funktionelle Polymere die Sicherheit von Batteriesystemen revolutionieren. Mit ihnen können kritische Temperaturentwicklungen frühzeitig detektiert werden, sodass rechtzeitig Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können. Um die Alterungseffekte auf Batterien und ihre Komponenten besser zu verstehen, wird zweitens identifiziert und modelliert, wie und warum Batterien im Laufe der Zeit abbauen. Und drittens wird ein digitales Tool entwickelt, das hilft, Materialien und Designs zu testen, indem es globale Modelle mit detaillierten lokalen Auswertungen verbindet. Dies ermöglicht es, die besten Lösungen für zukünftige Batteriesysteme zu entwickeln.
Verbesserte Sicherheit von Batterien in jedem Alter
In Leoben liegt der Schwerpunkt insbesondere auf der Charakterisierung und Modellierung der Materialien, die in Batterien verwendet werden. Batterien bestehen aus mikrometerdünnen Folienelementen: zwei Elektrodenfolien, bei denen Metallfolien mit den entsprechenden Aktivmaterialien beschichtet sind, die die elektrochemischen Eigenschaften der Batterie bestimmen, sowie einer Separatorfolie, die meist aus Kunststoff besteht und interne Kurzschlüsse in der Batterie verhindert. Untersucht wird, wie sich diese Materialien beispielsweise bei unterschiedlichen Temperaturen und unter verschiedenen Belastungen verhalten. Es geht darum, zu verstehen, wie sie auf mechanische Einflüsse und unterschiedliche Temperaturen reagieren. Dies spielt vor allem für das Verständnis der Batterielebensdauer und der Batteriesicherheit eine entscheidende Rolle: Wie ändert sich das Material, wenn es heiß oder kalt wird? Wie lange hält ein Material unter den in einer Batterie herrschenden Bedingungen? Verändert es seine Eigenschaften über die Zeit, und wenn ja, wie? In weiterer Folge werden die gewonnenen Daten dann auch wichtig für die Entwicklung des neuen Analysetools sein.
Das COMET-Modul BattLab (Projekt-Nr.: 904924) wird im Rahmen des COMET - Competence Centers for Excellent Technologies Programms durch das Bundesministerium für Klimaschutz, Umwelt, Energie, Mobilität, Innovation und Technologie, das Bundesministerium für Arbeit und Wirtschaft, sowie durch das Land Steiermark und die SFG gefördert. Das COMET-Programm wird von der FFG verwaltet.
Kontakt:
Dipl.-Ing. Matthias Pferschy
matthias.pferschy(at)unileoben.ac.at
+43 3842 402 – 2130
Dipl.-Ing. Dr. Johannes Macher
Johannes.macher(at)pccl.at
+43 3842 42 962 728
Projekttitel:BattLab – High performance battery systems driven by polymer science and virtual material engineering
Förderung: FFG COMET Module Ausschreibung 2022
Laufzeit: 01.01.2024-31.12.2027
Partner:Polymer Competence Center Leoben GmbH (Modulleitung), 4a engineering GmbH, AVL List GmbH, ISOVOLTA AG, hofer powertrain GmbH, Virtual Vehicle Research GmbH, Budapest University of Technology and Economics, AIT Austrian Institute of Technology GmbH, FUNDACIÓN CIDETEC, Montanuniversität Leoben (Lehrstühle für Werkstoffkunde und Prüfung der Kunststoffe, Mechanik und Thermoprozesstechnik)
Im FFG COMET Modul BattLab soll in den nächsten vier Jahren eine effiziente Methode zur Vorhersage des Einflusses des thermomechanischen Verhaltens einzelner Komponenten auf das Gesamtverhalten in Abhängigkeit von Alterungseffekten entwickelt werden.