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Zukunftsweisende Batterie-Technologien: Steirisches Konsortium will Lithium-Ionen-Batterien verbessern

Ladungsdichte von Lithium-Ionen-Batterien erhöhen
Steirisches Konsortium entwickelt Batterie-Technologien

Wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akku mit Ladegerät
Wiederaufladbarer Lithium-Ionen-Akku mit Ladegerät.
Bild: danielskyphoto/
stock.adobe.com

Erstmals forscht ein rein steirisches Konsortium an signifikanten Verbesserungen von Lithium-Ionen-Batterien. Für das Projekt „OpMoSi“ haben sich vier maßgebliche Player der heimischen Industrie- und Forschungslandschaft zusammengetan. Die Konstellation ergibt eine in Österreich einzigartige Bündelung von Kompetenzen im Bereich der Forschung und Entwicklung von Batterien. Das ambitionierte Projektziel ist die Erhöhung der Energiedichte von Zellen um 20 bis 30 Prozent bei 1.000 Ladungen.

Die Lithium-Ionen-Batterie hat seit ihrer Markteinführung 1991 einen Siegeszug um die Welt angetreten. Man findet sie unter anderem in Smartphones, Digitalkameras, E-Bikes, Notebooks oder Akkuschraubern. Im Bereich der elektrochemischen Energiespeicherung hat sie mittlerweile sämtliche konkurrierenden Technologien verdrängt.

Nicht zuletzt durch die rasante Entwicklung im Bereich der E-Mobilität ist die Technologie auch ein – asiatisch dominierter – Milliardenmarkt mit konstant hohen Wachstumsraten. Ein Grund für diesen Erfolg ist, dass sich die Energiedichte der Batterien in den vergangenen 30 Jahren mehr als verdreifacht hat.

Eine weitere Verbesserung der Technologie und die Entwicklung neuer Materialien ist notwendig, um diesen Trend fortzusetzen.

Steirische Kooperation

Hier setzt ein steirisches Konsortium aus Forschung und Wirtschaft an. Für das Projekt OpMoSi haben sich vier heimische Player zusammengetan, um die Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Technologie voranzutreiben. Koordiniert wird das Konsortium von der Virtual Vehicle Research GmbH.

Risiken für die Lieferkette von Lithium-Ionen-Batterien

Das Forschungszentrum arbeitet dabei in enger Abstimmung mit der Materials Center Leoben Forschung GmbH, der Varta Innovation GmbH und der AVL List GmbH. Damit haben sich kompetente Partner zusammengefunden, die sowohl Exzellenz in ihren jeweiligen Fachgebieten als auch langjährige Erfahrung im Bereich der Lithium-Ionen-Technologie vorweisen können.

Die Konstellation ergibt eine in Österreich einzigartige Bündelung von Kompetenzen im Bereich der Batterie-Forschung und -Entwicklung.

Erstmals forscht ein rein steirisches Konsortium an signifikanten Verbesserungen von Lithium-Ionen-Batterien; (v. l. n. r.): Dr. Johann Wurzenberger (AVL List), Dr. Franz Pichler (Virtual Vehicle), Philip Kargl (Virtual Vehicle), Dr. Reinhard Tatschl (AVL List), Dr. Christoph Stangl (Varta Innovation), Dr. Roland Brunner (Materials Center Leoben MCL)
Erstmals forscht ein rein steirisches Konsortium an signifikanten Verbesserungen von Lithium-Ionen-Batterien; (v. l. n. r.): Dr. Johann Wurzenberger (AVL List), Dr. Franz Pichler (Virtual Vehicle), Philip Kargl (Virtual Vehicle), Dr. Reinhard Tatschl (AVL List), Dr. Christoph Stangl (Varta Innovation), Dr. Roland Brunner (Materials Center Leoben MCL).
Bild: Virtual Vehicle

Mehr Nachhaltigkeit

Oberstes Ziel des ambitionierten Projekts ist es, die Ladungsdichte und die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien zu erhöhen. Gelingen soll dies durch neuartige „Hollow Core-Shell Silizium Kohlenstoff (HCS Si-C) Komposit Anoden“.

Diese nächste Generation der Lithium-Ionen-Batterie soll im Vergleich zu bestehenden Technologien eine 30 Prozent erhöhte Energiedichte bei gleicher Ladestabilität erreichen.

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Im Entwicklungsprozess dieser neuen Zellgeneration werden die Kompetenzen der Projektpartner in verschiedenen Bereichen effektiv kombiniert und gebündelt: von Simulation über Elektroden-/Zellfertigung bis zu Elektrochemie. Künftig soll eine zielgerichtetere, kostengünstigere und ressourcenschonendere Herstellung von verbesserten Lithium-Ionen-Batterien mit Si-Anoden ermöglicht werden.

OpMoSi stärkt österreichische Kompetenzen in Forschung und Entwicklung. Damit können relevante Entwicklungsaufgaben künftig in Österreich und auf europäischer Ebene (IPCEI,
Horizon EU) umfassend unterstützt werden. Nach erfolgreicher Projektdurchführung ist ein Folgeprojekt auf nationaler oder EU-Ebene geplant.

Das ambitionierte Projektziel von OpMoSi ist die Erhöhung der Energiedichte von Zellen um 20 bis 30 Prozent bei 1.000 Ladungen; (v. l. n. r.) Dr. Franz Pichler (Virtual Vehicle), Dr. Christoph Stangl (Varta Innovation) Dr. Johann Wurzenberger (AVL List), Dr. Roland Brunner (Materials Center Leoben MCL), Philip Kargl (Virtual Vehicle), Dr. Reinhard Tatschl (AVL List)
Das ambitionierte Projektziel von OpMoSi ist die Erhöhung der Energiedichte von Zellen um 20 bis 30 Prozent bei 1.000 Ladungen; (v. l. n. r.) Dr. Franz Pichler (Virtual Vehicle), Dr. Christoph Stangl (Varta Innovation) Dr. Johann Wurzenberger (AVL List), Dr. Roland Brunner (Materials Center Leoben MCL), Philip Kargl (Virtual Vehicle), Dr. Reinhard Tatschl (AVL List).
Bild: Virtual Vehicle

Konsortialpartner/Statements

Virtual Vehicle Research GmbH (Konsortialführer)

Die Virtual Vehicle Research GmbH ist mit 300 Mitarbeitern Europas größtes Forschungszentrum für virtuelle Fahrzeugentwicklung. Forschungsschwerpunkt ist die enge Verknüpfung von umfassender Systemsimulation und Hardware-Tests in der Automobil- und Bahnindustrie.

Geschäftsführer Dr. Jost Bernasch: „OpMoSi ist ein steirisches Vorzeige-Projekt, in dem die Technologie für Lithium-Ionen-Batterien auf das nächste Level gebracht wird. Als Konsortialführer und wissenschaftlicher Partner forschen wir an einer deutlich verbesserten Energiedichte für künftige Batterien. Wir haben gezeigt, dass wir Ergebnisse der Grundlagenforschung erfolgreich in automotive Anwendung umsetzen können.“

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Materials Center Leoben Forschung GmbH

Das Materials Center Leoben (MCL) ist ein international positioniertes Forschungsunternehmen und spezialisiert auf Werkstoffe, Herstell- und Verarbeitungsprozesse sowie innovative Werkstoffanwendungen. Der Werkstofffokus liegt bei metallischen und keramischen Werkstoffen sowie deren Verbunden.

Roland Brunner, Gruppenleiter am MCL: „Unsere Expertise im Bereich Materialforschung ist für das Projekt im Bezug zur Struktur/Eigenschafts-Beziehung der Anode äußerst wertvoll. Dazu verwenden wir modernste hochauflösende bildgebende Verfahren sowie KI-basierte Bildanalyse-Modelle, um die Struktur der Anode bestmöglich verstehen zu können.“

Die OpMoSi-Konstellation ergibt eine in Österreich einzigartige Bündelung von Kompetenzen im Bereich der Forschung und Entwicklung von Batterien; (v. l. n. r.) Dr. Reinhard Tatschl (AVL List), Dr. Franz Pichler (Virtual Vehicle), Dr. Johann Wurzenberger (AVL List), Dr. Christoph Stangl (Varta Innovation), Dr. Roland Brunner (Materials Center Leoben MCL), Philip Kargl (Virtual Vehicle)
Die OpMoSi-Konstellation ergibt eine in Österreich einzigartige Bündelung von Kompetenzen im Bereich der Forschung und Entwicklung von Batterien; (v. l. n. r.) Dr. Reinhard Tatschl (AVL List), Dr. Franz Pichler (Virtual Vehicle), Dr. Johann Wurzenberger (AVL List), Dr. Christoph Stangl (Varta Innovation), Dr. Roland Brunner (Materials Center Leoben MCL), Philip Kargl (Virtual Vehicle).
Bild: Virtual Vehicle

Varta Innovation GmbH

Die Varta Innovation GmbH wurde als gemeinsame Tochtergesellschaft der Varta Microbattery GmbH und der Technischen Universität Graz gegründet. Die Kombination mit der Expertise der TU Graz garantiert einen schnellen Transfer von neu entwickelten Technologien in marktreife Produkte.

Dr. Christoph Stangl, Project Manager: „Wir verfügen über hohe Kompetenz in der Fertigung von Elektroden und Batterie-Zellen sowie ein grundlegendes Verständnis der verwendeten Materialien und der Zellauslegung bzw. des Zelldesigns. Damit können Elektroden und Zellen innerhalb des Konsortiums mit hoher Qualität produziert werden.“

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AVL List GmbH

Die AVL List GmbH ist ein Unternehmen für die Entwicklung, Simulation und das Testen von Antriebssystemen in der Automobil-Industrie und in anderen Industrien. Das österreichische Unternehmen beschäftigt weltweit mehr als 11.000 Mitarbeiter (davon 4.000 in Graz) und setzte im Jahr 2020 1,7 Milliarden Euro um.

Dr. Roland Wanker, Geschäftsbereichsleiter Advanced Simulation Technologies: „Als Key-Player in der Automobil-Zulieferindustrie bringen wir Automotive-Kompetenz ins Konsortium. Die AVL hat nicht nur langjährige Expertise im Design und der Auslegung von Batterie-Modulen und Batterie-Packs, sondern ist auch führend im Bereich der skalierbaren multi-physikalischen Modellierung und Simulation von Batterien auf Zell- und Systemebene.“

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Projekt OpMoSi – Facts

  • Steirisches Konsortium: Virtual Vehicle Research GmbH, Materials Center Leoben Forschungs GmbH, Varta Innovation GmbH, AVL List GmbH
  • Förderung der FFG im Rahmen der 17. Ausschreibung „Mobilität der Zukunft“ mit Gesamtvolumen 2,7 Millionen Euro
  • Laufzeit: 36 Monate
  • Frontend-Technologie in Lithium-Ionen-Batterie
  • Hollow Core Shell Silizium-Kohlenstoff Anoden: fast 4-fache Anoden-Kapazität bei hoher Stabilität (löst das Stabilitätsproblem von bekannten Silizium-Technologien, höhere Kapazität als Standard-Grafit-Anoden)
  • Projektziel: Erhöhung der Energiedichte von Zellen um 20 bis 30 Prozent bei 1.000 Zyklen (Ladungen) (bec)
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