Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Werkstoffe für die Mobilität von morgen

18.02.2016

Für die Mobilität von morgen werden neue Leichtbaukonzepte ebenso benötigt, wie eine in jeder Hinsicht ressourcenschonende Energiewandlung, die sichere und leistungsfähige Energiespeicherung für größere Reichweiten von Elektrofahrzeugen ermöglicht, sowie intelligente Fertigungs- und Fügeverfahren für neue Werkstoffgenerationen im Leichtbau. Das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg präsentiert seine Arbeit im Bereich der Energiespeicherung und Materialentwicklung zusammen mit seinen angegliederten Einrichtungen – dem Zentrum für Angewandte Elektrochemie ZfAE in Würzburg, dem Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL in Bayreuth und der Fraunhofer-Projektgruppe für Wertstoffkreisläufe und Ressourcenstrategie IWKS in Alzenau und Hanau – zum Symposium »Material Innovativ 2016 – Werkstoffe und Fertigungstechnologien für die Mobilität von Morgen«, am 23. Februar im Congress Centrum, Würzburg.

Für die Mobilität von morgen werden neue Leichtbaukonzepte ebenso benötigt, wie eine in jeder Hinsicht ressourcenschonende Energiewandlung, die sichere und leistungsfähige Energiespeicherung für größere Reichweiten von Elektrofahrzeugen ermöglicht, sowie intelligente Fertigungs- und Fügeverfahren für neue Werkstoffgenerationen im Leichtbau.


Ausgereifte Materalien und ein gutes Zelldesign sind entscheidend für eine lange Lebensdauer von Batterien.

Quelle: K. Selsam-Geißler, Fraunhofer ISC


Schmelzprozess der Projektgruppe IWKS zum Recycling von Altmagnetmaterial.

Quelle: Fraunhofer-Projektgruppe IWKS

Batterieentwicklung für bessere Performance

Bereits seit mehr als 25 Jahren forscht das Fraunhofer ISC im Bereich Energiespeicherung, um Batterien mit langer Lebensdauer, kurzen Ladezeiten und möglichst viel Energiedichte zu erhalten. Seit 2011 konzentriert sich diese Forschungsarbeit im Zentrum für Angewandte Elektrochemie ZfAE, das in einem internationalen 37-köpfigen Team neue Materialien und Batteriekomponenten wie Elektroden, aktive Speichermaterialien, Elektrolyte und Separatoren sowie adäquate Test- und Analyseverfahren entwickelt.

Dies umfasst funktionelle Schutzbeschichtungen für moderne Elektrodenmaterialien (Hochenergiekathoden) und Materialien für zukünftige Festkörperbatterien aus organisch-anorganischen Hybridpolymeren bis hin zu reinen Glaskeramiken, die eine sehr hohe chemische Stabilität und damit eine längere Haltbarkeit gewährleisten.

Neben ausgereiften Materialien hat auch die Elektroden- und Zellfertigung einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von Batterien. So kann ein gutes Zelldesign interne Verspannungen vermeiden und eine maßgebliche Steigerung der Batterielebensdauer ermöglichen.

Diese und weitere materialspezifische Wirkmechanismen – häufig abhängig von den Nutzerprofilen und Ladestrategien –, die zur Zellalterung und Materialausfällen führen, untersucht das Zentrum an Labordemonstratoren und kommerziellen Zellen. Mit hocheffizienten Multikanal-Testverfahren unter kontrollierten Klimabedingungen und speziellen Verfahren der elektrochemischen Charakterisierung – beispielsweise Leitfähigkeitsuntersuchungen mit submikrometergenauer Auflösung im Rasterelektronenmikroskop – können Defekte, Veränderungen oder Alterungserscheinungen unter realen Betriebsbedingungen identifiziert werden.

Simulationen und Testverfahren unterstützen die effiziente Entwicklung besserer Speicherzellen mit höherer Leistung, verbesserter Performance und gleichbleibenden Herstellungskosten. Diese Kompetenzen nutzt das ZfAE für verschiedene Projekte wie ABattreLife und PEDElEc.

Rohstoffsubstitution für Hochleistungsmagnete

Im Bereich der Energiewandlung spielen Hochleistungsmagnete eine herausragende Rolle. Für Magnete in Generatoren und Elektromotoren, wie sie in der Elektromobilität, aber auch bei der Nutzung regenerativer Energien essenziell wichtig sind, werden jedoch Seltenerdelemente wie Neodym (ND) und Dysprosium (Dy) benötigt. Da ihre Verfügbarkeit als kritisch bewertet wird, bilden Alternativen aus zuverlässig und kostengünstig verfügbaren Rohstoffen einen wesentlichen Arbeitsschwerpunkt der Fraunhofer-Projektgruppe IWKS in Hanau.

Auf Basis von Simulationen werden Modelle neuartiger, ferromagnetischer Phasen ohne Neodym (Nd) und Dysprosium (Dy) bei gleichwertigen magnetischen Eigenschaften erstellt. Diese Modelle dienen als Grundlage zur Synthese neuer Magnetwerkstoffe. Neben der reinen Substitution von Werkstoffen arbeitet die Projektgruppe IWKS an effizienten Recyclingverfahren für Altmagnetmaterialien auf Basis von schmelzmetallurgischen oder wasserstoffgestützten Prozessen.

Generative Fertigung von Keramikverbundmaterialien

Mit modernen generativen Fertigungsmethoden entwickelt und fertigt das Fraunhofer-Zentrum HTL in Bayreuth kundenspezifische Bauteile und Prototypen aus keramischen, metall-keramischen und metallischen Komponenten. Dabei zielt das HTL nicht nur auf die schnelle und kostengünstige Herstellung ab, sondern auch auf die Erschließung neuer Konstruktionsmöglichkeiten und Designprinzipien für innovative Leichtbaukonzepte.

Dafür stehen am HTL zwei verschiedenartige, komplementäre Verfahren zur Verfügung. Kleine, hochkomplexe Bauteile Bauteile aus technischer Keramik werden mittels Stereolithographie gefertigt, die hohen mechanischen, thermischen oder tribologischen Belastungen ausgesetzt sind oder hohe elektrische Durchschlagsfestigkeit besitzen müssen. Großvolumige metall-keramische und metallische Bauteile werden über Pulverdruck hergestellt.

Hochtemperaturfügetechnik für Keramiken und Komposite

Monolithische Keramiken sowie faserverstärkte Keramiken haben ein hohes Anwendungspotenzial als hochtemperaturbeständige Werkstoffe. Für die optimale Verarbeitung zu komplexen Strukturen und Bauteilen untersucht das HTL Fügeverfahren für kommerzielle Basismaterialien aus der eigenen Entwicklung. Die stoffschlüssigen Fügeverbindungen wurden mit kommerziellen und eigenentwickelten Glasloten sowie durch Verschweißen hergestellt. Als Fügeverfahren wurden das Hochtemperatursintern sowie zur Realisierung schneller Prozesszeiten ein CO2-Laser eingesetzt. Bei passend definierten Prozessparametern lassen sich so Fügeverbindungen mit Festigkeiten von bis zu 95 % der Materialgrundfestigkeit erzeugen. 

Weitere Informationen:

http://www.isc.fraunhofer.de
http://www.htl.fraunhofer.de
http://www.iwks.fraunhofer.de

Marie-Luise Righi | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Materialwissenschaften:

nachricht Europäisches Exzellenzzentrum für Glasforschung
17.03.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

nachricht Vollautomatisierte Herstellung von CAD/CAM-Blöcken für kostengünstigen, hochwertigen Zahnersatz
16.03.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Materialwissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise