Fraunhofer ISE inauguruje nowe centrum badań nad bateriami

Rozwój nowych technologii baterii w laboratorium baterii na bazie technologii solid-state. © Fraunhofer ISE / Zdjęcie: Michael Spiegelhalter

Praca przy jednej z komór rękawowych w laboratorium baterii stałoprądowych. © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Michael Spiegelhalter

Z hybrydowym magazynem energii i instalacją PV do opracowywania nowych strategii operacyjnych budynek sam w sobie służy jako „Living-Lab”. © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Michael Spiegelhalter / Dzięki systemowi hybrydowego magazynu energii PV, sam budynek służy jako laboratorium do opracowywania nowych strategii operacyjnych. © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Michael Spiegelhalter

Test nowych elektrod. © Fraunhofer ISE / Zdjęcie: Michael Spiegelhalter / Testing of new types of electrodes. © Fraunhofer ISE / photo: Michael Spiegelhalter

W laboratorium do testów baterii mogą być również przeprowadzane testy destrukcyjne. Burmistrz Martin Horn (z prawej) ogląda prasę do nadużyć razem z dyrektorem instytutu Hansem-Martinem Henningiem (z lewej). © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Simon Leisner / W laboratorium do testów baterii można również przeprowadzać testy destrukcyjne. Burmistrz Martin Horn (po prawej) patrzy na prasę do nadużyć razem z dyrektorem instytutu Hansem-Martinem Henningiem (po lewej). © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Simon Leisner

Ponad sto gości wzięło udział w uroczystości otwarcia nowego „Centrum magazynowania energii elektrycznej”. © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Simon Leisner

Dyrektor ministerialny Michael Kleiner z Ministerstwa Gospodarki, Pracy i Turystyki Badenii-Wirtembergii wygłosił przemówienie powitalne podczas otwarcia. © Fraunhofer ISE / Zdjęcie: Simon Leisner / Dyrektor Ministerialny Michael Kleiner z Ministerstwa Gospodarki Badenii-Wirtembergii wygłosił przemówienie powitalne podczas otwarcia. © Fraunhofer ISE / zdjęcie: Simon Leisner

Baterie są kluczowym elementem udanej transformacji energetycznej – czy to dla elektryfikacji transportu, stabilizacji sieci energetycznej czy wyrównania fluktuacji zielonej energii. Instytut Fraunhofer dla Systemów Energetyki Słonecznej ISE od lat bada cały łańcuch wartości baterii. Dzięki nowemu „Centrum magazynowania energii elektrycznej”, które jest dzisiaj oficjalnie otwarte, dysponuje nowoczesnymi laboratoriami do międzynarodowych badań naukowych na najwyższym poziomie. Głównym celem obecnych badań jest poprawa zrównoważonego rozwoju, bezpieczeństwa i wydajności magazynów energii.

W nowym centrum kompetencyjnym w dzielnicy przemysłowej Haid we Freiburgu Fraunhofer ISE będzie prowadzić badania nad innowacyjnymi materiałami i komórkami baterii na powierzchni ponad 3 700 metrów kwadratowych, rozwijać zoptymalizowane rozwiązania dla systemów baterii, promować ich integrację w różnorodnych zastosowaniach oraz przeprowadzać kompleksowe testy jakości baterii. Dzięki swojemu centrum instytut oferuje usługi rozwojowe i testowe w jednym miejscu dla szerokiego spektrum klientów – od producentów materiałów i baterii, przez producentów maszyn, aż po integratorów i operatorów, dla zastosowań w elektromobilności lub jako magazyny stacjonarne. Instytut współpracuje również z przemysłem w zakresie recyklingu i możliwości ponownego wykorzystania zużytych baterii (2. życie).

Centrum zostało sfinansowane przez Federalne Ministerstwo Edukacji i Badań Naukowych (BMBF) oraz Ministerstwo Gospodarki, Pracy i Turystyki Badenii-Wirtembergii, które dołożyły po dziewięć milionów euro. „Jesteśmy wdzięczni za to wsparcie, dzięki któremu mogliśmy zbudować infrastrukturę badawczą z nowoczesnymi instrumentami do charakteryzacji, przemysłowymi urządzeniami procesowymi i unikalnymi przestrzeniami. Pozwala nam to na praktyczne opracowywanie nowych materiałów, technologii, procesów produkcyjnych i zastosowań wspólnie z naszymi klientami przemysłowymi lub we współpracy z Fraunhofer-Forschungsfertigung Batteriezelle”, wyjaśnia dyrektor instytutu prof. Hans-Martin Henning.

Jako „Living-Lab” służy również sam budynek, będący przedmiotem badań: w ramach projektu „Haid-Power”, finansowanego przez land Badenia-Wirtembergia kwotą trzech milionów euro, centrum otrzymało modułowy hybrydowy magazyn energii o pojemności 836 kWh, który wspólnie z 850-kilowatowym systemem fotowoltaicznym na płaskim dachu wspiera zasilanie energetyczne budynku. W warunkach rzeczywistych można testować rozwiązania oparte na bateriach do zastosowań przemysłowych i komercyjnych oraz nowe strategie operacyjne, takie jak inteligentne zarządzanie obciążeniem. W ramach projektu finansowanego przez BMBF „ecoLEPuS” zostanie zainstalowana szybka stacja ładowania z magazynem buforowym, aby przetestować baterie z drugiego życia w wysokowydajnych zastosowaniach.

W centrum uwagi badań: zrównoważony rozwój, bezpieczeństwo, wydajność

W ramach transformacji energetycznej do 2045 roku w Niemczech zostanie zainstalowanych od 300 do 800 gigawatogodzin stacjonarnych magazynów energii, w zależności od scenariusza. Dlatego Fraunhofer ISE w swoich badaniach koncentruje się na zrównoważonym rozwoju baterii, począwszy od alternatywnych materiałów do litu, przez rozwój zrównoważonych procesów produkcyjnych, aż po użytkowanie w drugim życiu i recykling na końcu ich cyklu. W obecnym projekcie „PRONTO” naukowcy pracują nad technologią baterii na bazie jonów sodu, która rezygnuje z krytycznych surowców i może być produkowana w Badenii-Wirtembergii.

Wraz z szybkim rozwojem rynku baterii, zarówno dla zastosowań mobilnych, jak i stacjonarnych, rośnie również zapotrzebowanie na badania i testy komórek i systemów baterii. Obniżając koszty i zwiększając wydajność, można także rozwinąć coraz więcej możliwości zastosowania magazynów energii elektrycznej. Naukowcy pracują na każdym etapie łańcucha – od materiałów po zarządzanie operacyjne – aby poprawić gęstość energii, wydajność, liczbę cykli czy zachowanie podczas ładowania.

„W naszym nowym centrum możemy przeprowadzać charakterystykę na wszystkich poziomach, od mikrostruktury po cały system, co pozwala na wczesne wykrywanie usterek i zagrożeń bezpieczeństwa. Jednym z aktualnych tematów badawczych związanych z bezpieczeństwem jest propagacja, podczas której jedna komórka baterii po drugiej ulega reakcji łańcuchowej, generując duże ilości energii”, wyjaśnia kierownik działu dr Daniel Biro. Dla zespołu testowego dostępne jest unikalne laboratorium z zaawansowanym wyposażeniem bezpieczeństwa, umożliwiające zarówno testy bez uszkodzeń, jak i eksplozje próbek w specjalnych bunkrach.