Mitgliedsinstitute im Fraunhofer ZESS

Gemeinsam für die Energiespeicher der Zukunft
Im Fraunhofer ZESS bündeln drei Fraunhofer-Institute ihre Expertise, um Batterie- und Wasserstofftechnologien entscheidend voranzubringen – von den Materialien über die Produktion bis zur Systemintegration. Erfahren Sie mehr über die Kompetenzen und Standorte unserer Mitgliedsinstitute und wie sie gemeinsam an Lösungen für die Energie- und Mobilitätswende arbeiten.

Das Fraunhofer-Institut für Schicht- und Oberflächentechnik IST in Braunschweig unter der Leitung von Prof. Dr.-Ing. Christoph Herrmann ist ein innovativer Partner für Forschung und Entwicklung in der Oberflächentechnik mit Kompetenzen in den zugehörigen Produkt- und Produktionssystemen. Das Institut konzentriert seine Arbeiten im Bereich von innovativen Energiespeichern und -wandlern in der Abteilung »Nachhaltige Batterie- und Wasserstoffsysteme« von Prof. Dr.-Ing. Sabrina Zellmer. Der Fokus der Aktivitäten liegt auf der Material- und Prozessentwicklung für recyclingfähige Energiespeicher sowie der dazugehörigen Gestaltung von Fabriksystemen zur Herstellung von kreislauffähigen und nachhaltigen Energiespeichern und Wasserstofftechnologien. Die Arbeitsgruppe »Material- und Prozessentwicklung« fokussiert dabei auf die Herstellung und Funktionalisierung neuartiger Batteriematerialien, beispielsweise von Festelektrolyten und Lithium-Metall-Anoden. Die traditionellen Kernkompetenzen des Instituts im Bereich der Oberflächentechnik wie z. B. das Aufbringen von Schutzschichten oder die Herstellung dünnster Metallschichten sind dabei von essentieller Bedeutung. Ein wesentlicher Schwerpunkt liegt hier in der Herausforderung der Skalierung der zugehörigen Produktionsprozesse vom Labor- in den Pilotmaßstab. Die Arbeitsgruppe »Nachhaltige Prozessketten für Batteriesysteme« adressiert die ganzheitliche Gestaltung des Produktionssystems für Energiespeicher. Dabei werden vielfältige und komplexe Wechselwirkungen zwischen Produkt, Prozessen, technischer Gebäudeausrüstung und Gebäude berücksichtigt. Schwerpunkte liegen insbesondere auf Methoden der »Digitalen Fabrik« wie der Simulation und dem Aufbau »digitaler Zwillinge« von Produkten und Prozessen. Zur Betrachtung des gesamten Produktlebenszyklus werden zudem unter Einsatz von Methoden wie »Life Cycle Assessment« und »Life Cycle Costing« Nachhaltigkeitsindikatoren von Energiespeichern quantifiziert und bewertet, um den Weg der nachhaltigen Produktgestaltung zu begleiten. Auch die Versorgungssicherheit sowie soziale Aspekte wie z. B. Arbeitsbedingungen beim Abbau der benötigten Rohstoffe werden im Sinne einer Nachhaltigkeitsbewertung berücksichtigt. Somit lassen sich Vor- und Nachteile neuer Generationen von Energiespeichern bereits im Vorfeld umfassend vergleichen und Problemverschiebungen – z. B. von der Produktnutzung in die Vorkette der Produktion – frühzeitig erkennen und vermeiden.

www.ist.fraunhofer.de

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM – 1968 gegründet und seit 1974 Teil der Fraunhofer-Gesellschaft – ist heute eine der führenden unabhängigen Forschungseinrichtungen Europas für Klebtechnik, Oberflächen, Formgebung und Funktionswerkstoffe. An sieben Standorten – Bremen, Dresden, Stade, Wolfsburg, Braunschweig, Helgoland und Cuxhaven – arbeiten rund 700 Mitarbeitende an einem Ziel: praxisnahe Lösungen, die schnell ihren Weg in die industrielle Anwendung finden.

Unser Portfolio adressiert zentrale Zukunftsbranchen wie Mobilität, Energie, Luft- und Raumfahrt, maritime Technologien, Medizintechnik und Life Sciences. Darüber hinaus profitieren auch der Maschinen- und Anlagenbau, die Elektronik, der Schiff- und Schienenfahrzeugbau sowie die Verpackungs- und Bauindustrie von unseren Entwicklungen. Die Basis bilden sieben eng verzahnte Kernkompetenzen: Metallische und Polymere Werkstoffe, Oberflächentechnik, Kleben, Formgebung und Komponentenfertigung, Energiespeicher und –wandler sowie Automatisierung und Robotik. Sie ermöglichen uns, die komplette Wertschöpfungskette abzudecken: von der Materialentwicklung über Produktdesign bis hin zur Pilotfertigung, Qualitätssicherung und Integration in Produktionsprozesse.

Im Detail reicht das Spektrum unserer Auftragsforschung vom Werkstoff über Formgebung und Fügetechnik bis hin zur Funktionalisierung von Oberflächen, Entwicklung kompletter Bauteile oder komplexer Komponenten und Systeme sowie zu aktuellen Fragestellungen zur digitalen Transformation und deren praktischer Umsetzung. Dabei deckt das Fraunhofer IFAM die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung über das Produktdesign bis hin zur Integration in die industrielle Fertigung ab. Parallel stärken wir die Kompetenzen der Industrie durch zertifizierte Weiterbildungen in Klebtechnik, Faserverbundwerkstoffen und Elektromobilität, damit neue Technologien schnell und sicher in der Praxis ankommen.

Unser Anspruch ist klar: Innovationen schaffen, die ökologisch sinnvoll, wirtschaftlich tragfähig und gesellschaftlich wertvoll sind. Dafür stehen wir – heute und in Zukunft.

Forschung zur Energiespeicherung

Im Bereich der chemischen Wasserstoffspeicherung entwickelt das Institut neuartige Materialien und deren Verarbeitungstechnologien sowie technische Komponenten zur bedarfsgerechten Wasserstofferzeugung für Brennstoffzellensysteme, die bei niedrigen Systemdrücken sehr hohe volumetrische und gravimetrische Energie- und Leistungsdichten erlauben.
www.ifam.fraunhofer.de

Das Fraunhofer IKTS ist mit mehr als 800 Mitarbeitern eine der weltweit größten Einrichtungen, die sich der Arbeit mit anorganisch-nichtmetallischen Funktionswerkstoffen widmet. Diese Materialklasse ist die Grundlage für viele Batterien, Brennstoffzellen und abgeleitete Technologien wie die Elektrolyse. Das IKTS deckt dabei die komplette Wertschöpfungskette der Herstellung solcher Systeme ab, von der Synthese der Aktivmaterialien über die Verfahrenstechnik zur Aufbereitung und Veredelung der Materialien, die Formulierung von Suspensionen und Feedstocks für die Herstellung von Kernkomponenten, die Anwendung verschiedenster Formgebungsverfahren bis hin zur Systemintegration sowie zum Test und Betrieb von Batteriezellen, Brennstoffzellen, verfahrenstechnischen Reaktoren und Gesamtsystemen. Das Fraunhofer IKTS beschäftigt sich im Grundsatz mit allen Batteriezelltypen, auf die die spezifischen Technologien der Keramik anwendbar sind, d. h. mit Lithium-Zellen aller drei Generationen sowie Natrium-Festelektrolyt-Zellen. Verfahrenstechnische Gesamtsysteme werden am IKTS bisher insbesondere im Bereich der Brennstoffzellen- und Elektrolysetechnik entwickelt und aufgebaut, in Teilen auch für Power-to-X-Systeme. Prozessbegleitend werden zerstörungsfreie Prüfverfahren zur Inline-/End-of-line-Qualitätssicherung entwickelt, wobei verschiedenste Methoden der Akustik, Elektromagnetik, Optik und Mikroskopie in neuartige Systeme integriert werden. Am Fraunhofer IKTS werden langjährige Erfahrungen aus den Sektoren Energie-, Automobil- und Produktionstechnik eingebracht und zunehmend zu integralen Konzepten der vernetzten und adaptiven Produktion weiterentwickelt. Eine unikale Kompetenz ist dabei die Zusammenführung multipler Datenquellen (Sensorfusion) sowie die Analyse und Optimierung von Produktionsparametern mittels modernster Methoden des Maschinellen Lernens. 

www.ikts.fraunhofer.de