SafeION
Das SafeION Projekt fokussiert sich auf die Verbesserung stationärer Energiespeichersysteme (ESS) für CO2 Neutralität. Es verlängert die Lebensdauer von Li-Ionen-Batterien durch Zweitnutzung und erforscht Na-Ionen-Batterien. Zudem wird ein Frühwarnsystem mit einem funktionalen Polymer entwickelt, das bei Überschreitung sicherer Temperaturgrenzen ein Tracergas freisetzt. Durch glasfaserbasierte Gassensoren können frühzeitige Fehler erkannt und ein gefährlicher Gasaufbau im ESS verhindert werden.
Projektpartner
- Virtual Vehicle Research GmbH (Konsortialführung)
- Kite Rise Technologies GmbH
- UnravelTEC OG
- Institut für Elektrische Messtechnik und Sensorik, Technische Universität Graz
Motivation und Ziele
Eine unserer großen und dringenden Aufgaben ist der Klimaschutz und der Wechsel zu einer CO2-neutralen Gesellschaft. Ein wichtiger Baustein auf diesem Weg sind Stationäre Energiespeicher (Energy-Storage System: ESS). Die Herstellung Li-Ionen basierender ESS benötigt Rohstoffe welche in die EU größtenteils importiert werden. Um einer Ressourcenknappheit vorzugreifen, müssen wir die Rohstoffe bestens ausnutzen. Das Projekt SafeION untersucht die Verlängerung der Lebensdauer von Automotive Li-Ionen Speicher durch 2nd-life in stationären Anwendungen sowie die alternativen Na-Ionen Batterien, welche auf regional verfügbaren Rohstoffen basieren und kein Li, Ni, Co und Cu benötigen.
Batterie-ESS sind eine junge Technologie mit geringem Erfahrungsschatz. Kleine Fehler in ESS können sich ausbreiten und im Worstcase Brände auslösen. Diese werden wegen Ihrer Neuartigkeit medial stark beleuchtet und verursachen so hohe Unsicherheit bei potenziellen Nutzern.
Der Fokus von SafeION liegt deshalb auf der Entwicklung neuartige Sensorkonzepte zur Früherkennung von Fehlern in der ESS und der Ausarbeitung angepasster Sicherheitskonzepte für 2nd-life Li-Ionen und Na-Ionen basierende ESS.
SafeION entwickelt ein neuartiges Früherkennungssystem bestehend aus bei Übertemperatur Tracergas freisetzenden funktionellen Polymer und verteilten Glasfaser basierenden Gassensoren.
Das Sicherheitskonzept erlaubt eine frühe Erkennung des Fehlers, schnelle Gegenmaßnahmen und damit eine Unterbrechung der Fehlerkette und eine lokale Isolation des Fehlers. Damit wird insbesondere Akkumulation von brennbarem und gesundheitsgefährdendem Gas im ESS verhindert.
Hauptziele
- Sicherheitscharakterisierung 2nd-life Li-Ionen Zellen und frische Na-Ionen Zellen
- Funktionelles Polymer, welches die Übertemperatur durch Tracergasfreisetzung und Farbänderung anzeigt
- CFD Simulationsframework für Tracergas und Elektrolytdampf Ausbreitung im ESS
- Lichtfaserbasierende Sensorik für Detektion des Tracergases und Elektrolytdampf
- Demonstratoren des Früherkennungssystems
- Sicherheitskonzept 2nd-life ESS und 2st-life Na-Ion basierendes ESS
Ziele und Vorgangsweise
- Analyse von Batterien im Fehlerfall. Charakterisierung von Elektrolytdampfdiffusion und Tracerdiffusion der funktionelle Polymere. Verifikation erweiterter Sicherheitsfunktionen
- Erstellung eines Konzeptes für ESS, welches einen höchstmöglichen Schutz für Personen und Anlagen gewährleistet
- Sicherheitskonzept mit Wiederverwendung der Sicherheitsmechanismenausdem1st-life. Ableitung von Anforderungenausdem1st-life und Ableitung nötiger Modifikationen beim Übergang zu2nd-life
- Entwicklung von funktionellen Polymer-Beschichtungen, welche eindeutig detektierbare Tracergase freisetzen. Implementierung von Selbstheilungsfunktionen zur Erhöhung der Langzeitzuverlässigkeit
- Entwicklung alternativer Sensorik für die einfache, verteilte Langzeitüberwachung. Entwicklung eines Sensorsystem basierend auf Glasfasern bzw. Integrierten Wellenleitern
- Entwicklung und Bau von Prüfstands-Sensorelektronik für die Partner
- Simulations- und Optimierungsframework für Tracer-Gase und Elektrolytdämpfen aufzubauen und damit verschiedene Sicherheitskonzepte per Simulation bewertbar zu machen
„Mit dem SafeION Projekt verbessern wir die Sicherheit stationärer Batterien und verringern das Unfallrisiko. Die Expertise der Projektpartner in diesem Bereich, zusammen mit der Entwicklung funktionaler Polymere, macht SafeION zu einem spannenden Projekt mit großem Potenzial für zukünftige Anwendungen.“
Fördergeber
Das Forschungsprojekt wird mit Mitteln aus dem Klima- und Energiefonds (Energieforschung 8. Ausschreibung), vertreten durch die FFG als Förderungsgeber (Projektnummer FO999896708), gefördert.
