Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS

Winterbergstr. 28, 01277 Dresden
Deutschland
Telefon +49 351 25537700
Fax +49 351 25537600
info@ikts.fraunhofer.de

Hallenplan

Energy Storage Europe 2018 Hallenplan (Halle 8b): Stand B39

Geländeplan

Energy Storage Europe 2018 Geländeplan: Halle 8b

Unsere Produkte

Produktkategorie: Batteriefertigung

Energiespeicher

Das Fraunhofer IKTS befasst sich sowohl mit Lithium-Ionen-Batterien und deren Fertigungstechnik als auch mit Batterien auf Basis von keramischen Natrium-Festkörper-Ionenleitern für kosteneffiziente dezentrale Energiespeicher. Weitere Schwerpunkte bilden Metall-Luft-Batterien und Superkondensatoren. Für Wärmespeicher werden Zeolithe, Phase Change Materials und Bauteile für Salzspeicher angeboten. Die Entwicklungsthemen umfassen die komplette Wertschöpfungskette für Energiespeicher und deren Herstellung vom Labor- bis zum Produktionsmaßstab.

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Produktkategorie: Batteriefertigung

Batterie- und Sonderpulver

Mit der hervorragenden Ausstattung der Gruppe Pulvertechnologie werden neben keramischen Strukturwerkstoffen auch Funktionsmaterialien und andere Sonderpulver hergestellt.

Insbesondere aktive Massen für die Elektroden elektrochemischer Speicher wie Li-Ionen-Batterien, Supercaps und anderen Batterietypen benötigen oftmals Pulver mit äußerst exakt eingestellten Eigenschaften der Granalien in Bezug auf Morphologie, Größe und Zusammensetzung.

Die Gruppe Pulvertechnologie hat sämtliche Verfahren zur Verfügung, um Batteriepulver und ihre chemischen Vorprodukte unter Inertgas zu modifizieren,  zu konfektionieren und hinsichtlich der Pulvereigenschaften zu charakterisieren bis hin zum Technikumsmaßstab von mehreren 100 kg.

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Produktkategorie: Batteriefertigung

Gläser für Li-Batterie

Mit anorganisch nichtmetallischen Füllstoffe verstärkte Polymermembranen werden als Separatoren zur räumlichen Trennung von Anode und Kathode in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzt. Ihre Stabilität bestimmt die thermische Belastbarkeit und Resistenz gegenüber Kurzschlussreaktionen. Das IKTS arbeitet an der Entwicklung Li-Ionen-leitender Füllstoffe auf der Basis von Glaskeramiken. Diese sollen neben dem stabilisierenden Effekt einen zusätzlichen Beitrag zur Leitfähigkeit des mit Elektrolyt gefüllten Separators liefern und somit die Leistungsdichte von Batterien erhöhen können.

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Produktkategorie: Batteriefertigung

Mobile Energiespeicher

Im Rahmen des Aufbaus einer nachhaltigen Energieversorgung, primär auf Basis erneuerbarer Energien, spielen Energiespeicher – insbesondere elektrische Energiespeicher (Akkumulatoren) – eine Schlüsselrolle. Voraussetzung zur Entwicklung derartiger leistungsstarker und kosteneffizienter Energiespeicher sind ein tiefes Verständnis der Leistungs- und Alterungscharakteristik und damit des optimalen Einsatzszenarios der spezifischen Technologien sowie eine anwendungsgerechte Systemkonfiguration. Für die Fertigung in relevanten Stückzahlen werden neue Prozesse und ein Verständnis der Wertschöpfungsketten benötigt. In Kooperation mit werkstofflich und technologisch orientierten Arbeitsgruppen kann am Fraunhofer IKTS die gesamte Wertschöpfungskette für die Energiespeicherentwicklung, -fertigung und -produktion dargestellt werden.
Ein wesentlicher Fokus der Arbeitsgruppe »Energiespeichersysteme« liegt auf der Charakterisierung des Betriebs-, Fehler- und Langzeitverhaltens von Akkumulatoren. Diese erlaubt nicht nur die Auswahl geeigneter Produkte für spezifische Anwendungsprofile, sie ist auch ein wichtiger Bestandteil der Material-, Technologie- und Produktentwicklung. Auf dieser Basis erfolgt darüber hinaus die Bewertung und Optimierung von Prozessen und Anlagen für die Fertigung. Mittels Post-Mortem-Analysen an Batteriezellen werden darüber hinaus Degradations- und Versagensmechanismen untersucht und das Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Zelldesign, Systemintegration und Betriebsmodus verbessert.
Entscheidend für die Qualität und Zuverlässigkeit der Energiespeicher ist neben der Verwendung leistungsfähiger Speichermaterialien auch deren Verarbeitung. Die Arbeitsgruppe Energiespeichersysteme arbeitet daher in Kooperation mit industriellen Partnern an der Entwicklung und Optimierung innovativer Fertigungstechnologien im Technikumsmaßstab. Ziel ist es, eine kosteneffiziente, modulare, geometrie- und zellchemieflexible Anlagentechnik zu etablieren. Eine der zentralen Aufgaben ist die Entwicklung produktionstauglicher Technologien und Monitoringverfahren, die sich als In-line-Prozesskontrolle zur Qualitätssicherung in den späteren Fertigungsprozess integrieren lassen.
Für den effizienten Betrieb von Energiespeichern und deren Systemumgebung werden in der Arbeitsgruppe sowohl prototypisch integrationsfähige Elektronikkomponenten als auch die erforderliche Betriebssoftware entwickelt. Dies umfasst nahezu die gesamte Bandbreite der Geräteentwicklung von Baugruppen zur Signalkonditionierung, Leistungsendstufen, interne Energieversorgungssysteme bis hin zu Steuergeräten. Die Software- und Algorithmenentwicklung erfolgt je nach Anforderung und Komplexität in hardwarenahen Programmiersprachen oder in Zusammenspiel mit Systemsimulationen in abstrakteren Programmierumgebungen.

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Produktkategorie: Batteriefertigung

Entwicklung von maßgeschneiderten Separator/Elektroden-Systemen für eine optimierte Elektrolytbefüllung von Lithium-Ionen-Batterien

Die Befüllung von Lithium-Ionen-Batterien mit Elektrolyt stellt in der Batterieproduktion einen erheblichen Engpass dar. Die gleichmäßige Elektrolytverteilung ist dabei entscheidend für die Zellperformance und wird aktuell durch eine mehrstufige Befüllung und anschließende Lagerung realisiert. Die Verkürzung des Befüllvorgangs und die Vertiefung des Verständnisses des Befüllverhaltens waren die Ziele des gemeinsamen Projekts »Optilyt« des Fraunhofer IKTS und des  Leibniz-Instituts für Polymerforschung IPF.

Die Forschungspartner haben zwei Messmethoden (tensiometrisch, elektrisch) weiter- und neuentwickelt, mit denen das Befüllverhalten sowohl der Einzelkomponenten als auch der Elektroden/Separator-Verbünde zeitaufgelöst quantitativ beschrieben werden kann. Mit Hilfe der verwendeten Messmethoden konnten Struktur-/Eigenschafts-Beziehungen abgeleitet werden.

Darüber hinaus wurden Strategien zur morphologischen und chemischen Modifizierung der Einzelkomponenten erarbeitet und untersucht, wobei das Ziel die Beeinflussung der Oberflächenenergie der Zellkomponenten bzw. des 3D-Porennetzwerks zur Beschleunigung der Elektrolytbenetzung war. Bei der morphologischen Modifikation wurden in die Einzelkomponenten Strukturen in die Oberfläche eingebracht, die während des Befüllprozesses als Kapillaren wirken können. Durch das Einbringen der Strukturen konnte die Befüllzeit deutlich verringert werden. Das Pfropfen von polaren Monomeren auf Separatoren führte zu keiner Verbesserung der Benetzungseigenschaften, wohingegen die Beschichtung der Elektroden zu einer Reduzierung der Befüllzeit führte.

Die erlangten umfangreichen Ergebnisse helfen, den Befüllvorgang von Lithium-Ionen-Batterien besser zu verstehen und öffnen damit gleichzeitig neue Themengebiete, die für das vollständige Verständnis des Befüllprozesses von Relevanz sind.

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Über uns

Firmenporträt

Das Fraunhofer IKTS wurde 1992 als »Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Sinterwerkstoffe IKTS« in Dresden gegründet. Ziel der Fraunhofer-Gesellschaft und des ehemaligen Zentralinstituts für Festkörperphysik und Werkstoffforschung war es, das Forschungspotenzial im Bereich der Konstruktions- und Funktionskeramik nach 1989 am Standort zu erhalten und für die Zukunft auszubauen. Das Institut entwickelte sich schnell zu einem etablierten Forschungspartner im Bereich der Hochleistungskeramik. Um die erweiterte Ausrichtung hin auf »keramische Systemlösungen« zu dokumentieren, wurde das IKTS 2006 in »Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS« umbenannt.

Im Februar 2010 wurde das Hermsdorfer-Institut für Technische Keramik HITK einschließlich der Aktivitäten der ehemaligen inocermic GmbH mit dem Fraunhofer IKTS zusammengeschlossen, um die umfangreichen werkstofflichen, verfahrenstechnischen und anwendungsspezifischen Erfahrungen und Kompetenzen beider Einrichtungen auf dem Gebiet der Hochleistungskeramik zu einem gemeinsamen Leistungsangebot zusammenzuführen. Über die Entwicklung von keramischen Werkstoffen, Fertigungstechnologien und Komponenten hinaus wurde damit konsequent die Ausrichtung des Fraunhofer IKTS auf intelligente Systemlösungen weiter ausgebaut.

Seit Januar 2014 ist der Dresdner Standort des Fraunhofer-Instituts für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP in das Fraunhofer IKTS integriert. Der neue Institutsteil erweitert das Forschungsportfolio um die Themen Werkstoffdiagnose, Zustandsüberwachung und Prüfelektronik, Nanoanalytik und Sensorik sowie Bio- und Umwelttechnik. Im Rahmen des Integrationsprozesses soll der Standort Dresden-Klotzsche weiter ausgebaut und zu einem Zentrum der Materialdiagnostik entwickelt werden. Mit dieser Integration formen die nunmehr drei Häuser das größte Keramikforschungsinstitut Europas.

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