Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWME-Mobilität gewinnt auf Zellebene an Fahrt. Das Projekt DEFACTO widmete sich der Modellierung der Batteriematerialien, des Herstellungsprozesses als auch des Zellverhaltens.
DEFACTO: Battery DEsign and ManuFACTuring Optimization through multiphysics modeling
Abgeschlossenes Forschungsprojekt
Projektbeschreibung
Das europäische Forschungsprojekt DEFACTO hat neue Maßstäbe in der Zellproduktion für Elektrofahrzeuge gesetzt. Mit der Entwicklung innovativer multiphysikalischer und multiskaliger Modellierungs-Tools wurde das Verständnis für das Materialverhalten und die Herstellungsprozesse von Batteriezellen erheblich verbessert. Durch diese wegweisende Herangehensweise wurde die Forschungs- und Entwicklungsarbeit im Bereich der Batteriezellen maßgeblich optimiert.
Die Anwendung dieses hochpräzisen Modellierungs-Tools ermöglicht eine schnellere und effizientere Entwicklung neuer Zelltechnologien. Die gewonnenen Erkenntnisse tragen dazu bei, das Zelldesign gezielt zu optimieren, die Funktionalität der Batteriezellen zu verbessern und damit die Wettbewerbsfähigkeit der europäischen Industrie im globalen Markt nachhaltig zu stärken.
Das Projekt verfolgte mehrere zentrale Zielsetzungen, die darauf abzielten, die Effizienz und Nachhaltigkeit der Batteriezellenentwicklung und -produktion zu maximieren:
- Maximierung der Modellierungsgenauigkeit bei gleichzeitig vertretbarem Rechenaufwand
- Reduzierung der Entwicklungszeit und -kosten für neue Batteriezellen
- Minimierung des experimentellen Aufwands bei der Optimierung von Zelldesign und Zellfertigung
- Senkung der Forschungs- und Entwicklungskosten im Bereich der Batterieproduktion
- Steigerung der Lebensdauer von Batterien durch optimierte Designs
- Reduzierung der Umweltauswirkungen, die mit der Batterieproduktion einhergehen
Teilvorhaben Fraunhofer IWM
- Atomistische Simulation des Beladungsverhaltens von Silizium-Anoden mit Lithium
- Berechnung mechanischer Eigenschaften (Volumenänderung, Kompressions- und Elastizitätsmodul) in Abhängigkeit des Ladezustands
- Berechnung elektrochemischer Eigenschaften (elektrochemisches Potential) in Abhängigkeit des Ladezustands
- Berechnung des Einflusses äußerer mechanischer Belastung, die durch die große Volumenausdehnung von Silizium bei gleichzeitiger Wechselwirkung mit der umgebenden Mikrostruktur auftritt
- Behandlung kristalliner und amorpher Lithium-Silizium-Verbindungen
- Übergabe berechneter Daten an Projektpartner (Fraunhofer ITWM) zur Parametrisierung von Batterie-Simulationsmodellen auf Mikrostrukturskala und Zellskala
Transfer der Projektergebnisse in FuE-Leistungen des Fraunhofer IWM
- Bestimmung der Auswirkungen mechanischer Belastung auf elektrochemisches Materialverhalten
- Modular erweiterbarer Workflow, anwendbar auf beliebige Elektrodenmaterialien und Beladungsszenarien
- Unterstützung von Softwareentwicklung zur realistischen Simulation des Batteriezellverhaltens
- Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien und -konzepte
- Kompetenzaufbau im physikalischen Verständnis und in der Modellierung und Simulation atomarer Prozesse im Batteriebereich
- Identifikation von Kompositions-Struktur-Eigenschaftsbeziehungen
- Materialscreening zur Identifikation von Optimierungspotenzialen
Förderhinweis
