Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS betreibt anwendungsorientierte Forschung für Hochleistungskeramik. Die drei Institutsteile in Dresden und Hermsdorf (Thüringen) formen gemeinsam das größte Keramikforschungsinstitut Europas. Als Forschungs- und Technologiedienstleister entwickelt das Fraunhofer IKTS moderne keramische Hochleistungswerkstoffe, industrierelevante Herstellungsverfahren sowie prototypische Bauteile und Systeme in vollständigen Fertigungslinien bis in den Pilotmaßstab. Darüber hinaus umfasst das Forschungsportfolio die Kompetenzen Werkstoffdiagnose und -prüfung. Die Prüfverfahren aus den Bereichen Akustik, Elektromagnetik, Optik und Mikroskopie tragen maßgeblich zur Qualitätssicherung von Produkten und Anlagen bei.

Im Recyclingbereich werden vor allem membrangestützte, chemisch-physikalische, galvanische und elektrochemische Trenntechnologien zur Metallrückgewinnung und zur selektiven Gewinnung metallischer Rohstoffe untersucht. Diese Prozesse werden im Gesamtkontext der Medienführung und Aufbereitung betrachtet. Außerdem werden die Vorarbeiten des IKTS im Bereich In-Line Prüfung und Digitalisierung mit eingebracht. Dies umfasst sowohl das Know-How für die Entwicklung spezifischer Messmethoden und Prüfsysteme aber auch die Erfahrungen im Bereich Daten-Handling, Daten-aufbereitung und –Auswertung.

Aktuell entsteht am Standort Freiberg mit dem Applikationszentrum ‚Stoffliches Recycling ‘ eine neue Außenstelle des IKTS. Hier sollen die Kompetenzen im Bereich Fertigungsprozesse, Digitalisierung und Prüftechnik sowie Recycling zusammengeführt werden.

Projektbeteiligungen

Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST forscht und entwickelt in den Bereichen Materialsynthese und -funktionalisierung, Oberflächenbehandlung und -modifikation, Schichtherstellung und -anwendung, Schichtcharakterisierung sowie im Bereich der Produktionstechnik. Die Batterieforschung als zentrales Thema der Abteilung „Verfahrens- und Fertigungstechnik für nachhaltige Energiespeicher“ beschäftigt sich mit der Material- und Energiespeicherentwicklung inkl. zugehöriger Prozesstechnologien. Weitere Schwerpunkte liegen auf der ganzheitlichen Gestaltung des Fabriksystems und dem Life Cycle Management für Energiespeicher. Seit 2019 betreibt das IST in Braunschweig gemeinsam mit dem Fraunhofer IKTS und dem Fraunhofer IFAM das Fraunhofer-Projektzentrum für Energiespeicher und Systeme ZESS.

Einen Schwerpunkt der Forschungsaktivitäten am Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST bildet die Herstellung neuartiger Festkörperbatterien (ASSB). Die Aktivitäten decken den kompletten Lebenszyklus vom Rohstoff bis zum Batterierecycling ab. Im Rahmen der geförderten Startprojekte im Projektzentrum ZESS forscht das IST derzeit u. a. an Technologien zur Erfassung und Verarbeitung von Daten entlang des gesamten Batterielebenswegs, an skalierbaren Fertigungstechnologien für ASSB, an der Simulation vollständiger Batteriezellfabriken und an der ökonomisch-ökologischen Bewertung von Prozessen bzw. Prozessketten. Darüber hinaus ist das IST im Cluster FestBatt für die skalierbare Herstellung von sulfidischen Festelektrolyten verantwortlich und in der zweiten Projektphase des Kompetenzclusters ProZell mit dem Projekt E-Qual vertreten.

Projektbeteiligungen

S2taR (Leitung)

EVanBatter (Leitung)

Action

Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg entwickelt im Auftrag der Industrie Werkstoffe und Verfahren für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen und Branchen und leistet mit seinen ressourcenschonenden Werkstofflösungen essentielle Beiträge für Energieversorgung, Klimaschutz, saubere Umwelt, Biomedizin und adaptive Systeme. Materialschwerpunkte sind Glas, Hybridpolymere, Smart Materials sowie Werkstoffe auf Basis nachwachsender Rohstoffe. Für zukunftsweisende Batteriematerialien und Konzepte für effiziente stationäre und mobile Energiespeicher steht das Forschungs- und Entwicklungszentrum für Elektromobilität Bayern FZEB, das im Fraunhofer ISC beheimatet ist. In Zusammenarbeit mit Industrie- und Forschungspartnern werden Elektrodenmaterialien, Elektrolyte und andere Zellkomponenten sowie Verfahren zu deren Herstellung und Verarbeitung bis in den Technikumsmaßstab entwickelt.

Projektbeteiligungen

Die Weiterentwicklung bestehender Batterie-Zellsysteme sowie die Erforschung und Adaption neuartiger Ansätze für wieder aufladbare Batterien sind seit über 20 Jahren ein wesentliches Arbeitsgebiet der Gruppe „Batteriesysteme für Spezialanwendungen“ am ISIT. Im Fokus stehen dabei neue Materialien bzw. Materialrezepturen für Elektroden, neue Elektrolytsysteme und neue Separatoren. Ebenso sind weiterentwickelte Fertigungsprozesse, die zu einer Verbesserung der Zellperformance, einer Kostensenkung und/oder einer Verringerung umweltbelastender Emissionen führen, Gegenstand der Forschungsarbeiten.

Das ISIT hat über die Jahre eine flexible Fertigungsplattform aufgebaut, welche die praktische Umsetzung der Zellentwicklung ermöglicht. Neben der eigentlichen Zelltechnologie beschäftigt sich das ISIT bereits seit vielen Jahren auch mit der Integration von Zellen in Module und Batteriesysteme.

Projektbeteiligungen

greenBattNutzung

Forschung für die Elektromobilität aber auch für stationäre Energiespeicher ist ein zentrales Thema für das Fraunhofer IWS Dresden. Mit seinem Know-how und der Vielzahl an Fertigungstechnologien kann das IWS an vielen Stellen der Prozesskette zur Batterieentwicklung essenzielle Beiträge leisten und Innovationen tätigen. Um Unternehmen heute und in der Zukunft Lösungen anbieten zu können, wurde das „Advanced Battery Technology Center“ aufgebaut. Hier werden Expertise in fortschrittlicher Batteriechemie, Innovationen in der Elektrodenproduktion und Technologien zur Zellfertigung zusammengeführt.

So bildet das IWS die ganzheitliche Prozesskette zur Entwicklung neuer Batteriezellen mit den Schwerpunkten Material-, Oberflächen- und Lasertechnologien ab.

Im Projekt ecoLiga bringt das Fraunhofer IWS seine Expertise im Bereich Struktur-Eigenschaftsbeziehungen „vom Material zur Batteriezelle“ ein. Neben der Charakterisierung von Kohlenstoffmaterialien wird auch die Fertigung von Graphitelektroden und deren Bewertung in anwendungsrelevanten Pouchzellen vorgenommen. Zudem sind, neben der Untersuchung von recycelten Aktivmaterialien klassischer Lithium-Ionen Zellen, mit Lithium-Schwefel auch Zellsysteme der nächsten Generation Gegenstand der Untersuchungen. Im Projekt LOWVOLMON übernimmt das Fraunhofer IWS die Detektion und Analyse von schwerflüchtigen organischen. Verbindungen in Recyclingprozessen, evaluiert geeignete Adsorbentien und entwickelt spezielle Filterelemente.

Projektbeteiligungen

ecoLiga

LOWVOLMON

Das Fraunhofer IWKS steht für den verantwortungsvollen Umgang mit Ressourcen. Wertstoffe aus einem Produktkreislauf zurückzugewinnen und in einen neuen Kreislauf wieder einzubringen – das ist Ziel der Forschung. Gerade die Energiewende, die Mobilitätswende aber auch die Digitalisierung gehen einher mit einer gesteigerten Nachfrage an spezifischen Rohstoffen, ohne die die jeweiligen technologischen Funktionalitäten nicht realisiert werden können. Gemeinsam mit Industriepartnern entwickeln Forscherinnen und Forscher effiziente Prozesse und Technologien für einen verantwortungsvollen Umgang mit den Ressourcen dieser Erde.

Am Fraunhofer IWKS wurden im Laufe der Zeit unterschiedliche Technologien zur Rückgewinnung von Materialfraktionen aus End-of-Life Produkten bis in den Pilotmaßstab entwickelt. Ein zentrales Verfahren ist die Elektrohydraulische Zerkleinerung, bei der Hybridbauteile materialspezifisch aufgeschlossen werden. Dies ermöglicht eine einfache Trennung der einzelnen Materialfraktionen. Die Technologie wurde in den letzten Jahren am IWKS für verschiedenste Materialverbünde validiert. Beispiele sind Elektronikschrott (Printed Circuit Boards), Festplatten, Lithium-Ionen-Batterien und Zündkerzen. Für die Zerkleinerung stehen außerdem weitere Geräte zur Verfügung, darunter eine Mühle im Technikumsmaßstab, die mit Prall-, Schlag- und Scherkräften arbeitet. Weitere Aggregate (4-Wellenzerkleinerer, Wasserstrahlschneidanlage) im Technikumsmaßstab wurden 2020 im neuen Technikum des IWKS installiert. Zur Sortierung steht eine modulare Sortieranlage zur Verfügung, mit der unterschiedliche Materialfraktionen auf verschiedene Weise voneinander getrennt werden können.

Projektbeteiligungen

HydroLIBRec (Leitung)