Der Schwerpunkt in der Abteilung Faseroptische Sensorsysteme des Fraunhofer Heinrich-Hertz-Instituts HHI liegt in der anwendungsorientierten Forschung und auf der Entwicklung einer neuen Generation photonischer Sensoren, welche sich durch eine extreme Miniaturisierung, hohe Netzwerk- und Kommunikationsfähigkeit sowie einen außergewöhnlich niedrigen Stromverbrauch auszeichnen. Mithilfe von Bragg-Gittersensoren wird eine optische Erfassung des Lade- und Gesundheitszustandes von Batterieeinzelzellen realisiert, die eine verbesserte Erkennung von Fehlerfällen sowie eine dezidierte Systemanalyse ermöglicht. Um Batteriezustandssensoren zielorientiert für reale Anwendungsbereiche zu entwickeln, betreibt das HHI ein Batterie- und Sensoriktestzentrum, in welchem in Kooperation mit Forschungspartnern Batterien auf Zell-, Modul- und Systemebene durch elektrische, thermische, mechanische und chemische Belastungstests allumfassend untersucht werden.

Das HHI beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung optischer Glasfasersensoren zur quereinflussfreien und elektrochemisch inerten und damit zerstörungsfreien Messung mechanischer, thermischer und chemischer Zustände im Zellinneren. Hierfür werden die Sensorstellen derartig funktionalisiert, dass Messungen in den Aktivmaterialien und im Elektrolyt über die gesamte Lebensspanne einer Zelle möglich sind. Durch die Kombination mit konventionellen Überwachungssystemen lassen sich Degradationsvorgänge klassifizieren und entsprechend signaltechnisch voneinander trennen, sodass ein wertvoller Beitrag für die umfassende und vor allem zeiteffiziente Charakterisierung neuartiger Zellmaterialien geleistet werden kann.

Projektbeteiligungen

Das Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung IFAM ist eine der europaweit bedeutendsten unabhängigen Forschungseinrichtungen auf den Gebieten Klebtechnik, Oberflächen, Formgebung und Funktionswerkstoffe und ist ein materialwissenschaftlich und fertigungstechnisch ausgerichtetes Forschungsinstitut. Derzeit bündeln über 700 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus 20 Abteilungen und zahlreichen Arbeitsgruppen ihr breites technologisches und wissenschaftliches Know-how in sieben Kernkompetenzen: Metallische Werkstoffe, Polymere Werkstoffe, Oberflächentechnik, Kleben, Formgebung und Funktionalisierung, sowie Automatisierung und Digitalisierung. Dabei deckt das Fraunhofer IFAM die gesamte Wertschöpfungskette von der Materialentwicklung über das Produktdesign bis hin zur Integration in die industrielle Fertigung ab – einschließlich Pilotfertigungen und gezielten Maßnahmen zur Personalqualifizierung in neuen Technologien.Das Fraunhofer IFAM verfügt über mehr als 15 Jahre Erfahrung in der Entwicklung und Applikation polymerer und anorganischer Werkstoffe in der Energiespeichertechnologie u.a. mit Fokus auf Lithium- und Post-Lithium-Batteriekonzepten.

In der Abteilung Elektrische Energiespeicher werden gestützt auf die IFAM-Kernkompetenzen Pulvertechnologie, Formgebung, Oberflächentechnik, Klebtechnik und Grenzflächen-/ Polymerchemie materialwissenschaftlich und fertigungstechnisch motivierte Lösungen für neuartige Energiespeicher erarbeitet. Dabei wird die gesamte Wertschöpfungskette von Materialien, Komponenten, Zellen bis zum Batteriesystem und seiner Anwendung berücksichtigt. Es stehen umfangreiche Pulver- und Pastentechnologien zur Verfügung, sowie verschiedene Beschichtungs- und Extrusionstechniken für die Elektrodenherstellung. Spezifische Prozessdaten werden zur Performanceverbesserung genutzt. In einer halbautomatischen Kleinstserienfertigung können prototypisch Batteriezellen gefertigt werden. Des Weiteren bilden die Modellierung und Zelldiagnostik von Batteriesystemen einen weiteren Schwerpunkt für Alterungsprognosen und zugehörigen Betriebsstrategien. Neben Qualitätsbewertungen von Batteriezellkomponenten sind die Auslegung, Bau und Entwicklung von Testprozeduren von Zellen von besonderem Interesse. Die Erhebung von relevanten Alterungsdaten von Batteriezellen sollen zum Aufbau der Bewertungskompetenz von Material- und Zellentwicklungen und Analyse der Lebensdauereigenschaften beitragen.