Bionik in der Schablonentechnik

In der Bionik werden für technische Probleme gezielt Lösungen in der Biologie gesucht. Alternativ werden Prinzipien von biologischen Modellsystemen produktunabhängig abstrahiert. Nachdem solche neuen Prinzipien in der Technik etabliert sind, können die Anwendungen in jedem geeigneten Bereich stattfinden. Nützliche Erfindungen, die in dieses Schema passen gibt es mittlerweile viele, wie beispielsweise den Klettverschluss, der tatsächlich der Funktionsweise der Klette nachempfunden wurde. Bei der Christian Koenen GmbH wurde in einem mehrjährigen Prozess eine neue Beschichtungstechnologie entwickelt, die einen Teil ihrer Eigenschaften und vor allem der Oberfläche dem Vorbild der Natur verdankt.

Fachartikel

(Andreas Wilbert)

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Bei frühlingshaften Temperaturen fand die 10. Advanced Battery Power 2018 im Messe und Congress Centrum Halle Münsterland statt. Neben Plenarvorträgen, Sessions zu Themen wie Batteriesystemen, Verbesserungen bei Lithium-Ionen-Zellen und der Frage nach einem potenzieller Nachfolger der Technologie, präsentierten 34 Unternehmen ihre Produkte in der begleitenden Ausstellung. Hinzukam eine umfassende Posterausstellung.

Durchgeführt wurde die Veranstaltung unter der wissenschaftlichen Leitung von Prof. Martin Winter (im Bild) vom MEET-Batterieforschungszentrum an der Universität Münster und Prof. Dirk Uwe Sauer vom Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe der RWTH Aachen.

Prof. Werner Klaffke vom Veranstalter Haus der Technik freute sich über einen neuen Rekord bei den Einreichungen von Postern und Beiträgen – und darüber, dass viele junge Leute unter den Teilnehmern waren. Anwesende Unternehmen sollten die Gelegenheit nutzen, nach Talenten Ausschau zu halten.

Gleich beim ersten Plenarvortrag schlug der Warnstreik bei der Lufthansa zu und verhinderte, dass Prof. David Greenwood von der Universität Warwick persönlich zugegen war: Er hielt seinen Vortrag zur Faraday-Challenge im Vereinigten Königreich per Skype. Gefragt, wie die OEMs in Europa von Investitionen in die Batterie-Herstellung zu überzeugen seien, meinte er: durch hohe Nachfrage, Standardisierung und mit gut ausgebildetem Personal.

Kosten, Energiedichte, Sicherheit, Zelltemperatur und Recycling sind nur einige der Herausforderungen für die Batterietechnologie bis 2035. Neue Technologien sind laut Greenwood zwar auf dem Weg, aber nicht vor den nächsten fünf bis sieben Jahren marktreif.

Einen Blick auf die Trends und Entwicklungen am Batteriemarkt bis 2025, besonders mit Fokus auf die Elektromobilität, warf auch Christophe Pillot von Avicenne Energy.

Avicennes Prognose sagt, dass der Verkauf von Lithium-Ionen-Batterien bis 2025 auf beinahe 500.000 MWh steigen wird, wobei der chinesische Anteil am Markt für E-Autos und Busse mit Elektroantrieb am stärksten zulegt.

Dr. Andreas Wendt ist seit 2017 der Leiter des BMW-Werks in Dingolfing. In seinem Vortrag beschrieb er, wie die Evolution einer solchen Produktionsstätte mit Hinblick auf Elektromobilität abläuft.

Aus Sicht eines OEMs ist es laut Wendt am wichtigsten, mit dem zu arbeiten, was bereits existiert und nicht für jedes neue Produkt eine neue Fertigung zu bauen. Im Werk in Dingolfing sollen beispielsweise ab 2020 BMWs Elektroantriebe vom Band laufen.

In den Pausen zwischen den Sessions nutzten viele Teilnehmer die Gelegenheit, bei den Ausstellern vorbeizuschauen. Mit dabei war auch dieses Jahr wieder Caltest, vertreten durch Vertriebsingenieur Eugen Kitke, der unter anderem die AC/DC-Quellen der AFX-Serie von Pacific vorstellte.

James Li (links) und Stephen Parker repräsentierten Arbin Instruments auf der Advanced Battery Power. Das Unternehmen fertigt Testgeräte für Batterien – von der µA-Einzelzelle bis zum 300-kW-Batteriepack.

Entwicklungsdienstleister FEV, vertreten durch Department Manager Hybrid & E-Mobility Dr. Michael Stapelbroek, zeigte aktuelle Projekte, wie etwa das „Second Life“ ausgedienter Fahrzeug-Batteriepacks im Smart Home.

Was kommt nach der Lithium-Ionen-Technologie? Für das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik in Dresden, hier vertreten durch Dr. Holger Althues, ist es die Lithium-Schwefel-Batterie, an deren Weiterentwicklung die Forscher mit Hochdruck arbeiten.

Lithium-Schwefel-Batterien leiden stark unter einer Degradierung der Elektroden. Althues stellte aktuelle Entwicklungen vor, diesen Prozess durch Elektrolyte mit geringerer Polysulfid-Löslichkeit zu verhindern.

Marlou Keller vom Helmholtz Institut Ulm und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) zeigte in ihrem Vortrag eindrucksvoll, warum Batterien ohne flüssigen Elektrolyten – sogenannte Festkörperbatterien – allein aus Sicherheitsgründen eine gute Idee sind.

In den vergangenen Jahren kam es vielfach zu verheerenden Bränden, ausgelöst durch defekte Lithium-Ionen-Batterien. Keller stellte die aktuellen Entwicklungen ihres Instituts zu sicheren, nichtorganischen Elektrolyten vor. Mehr Infos zur Festkörperbatterie finden Sie in <a href="http://www.all-electronics.de/akkus-entwicklungstrends/">unserem Beitrag zu Akku-Entwicklungstrends </a>.

Dr. Helena Berg von AB Libergreen beleuchtete in ihrem Beitrag eines der am heißesten diskutierten Themen der Konferenz: die nachhaltige Beschaffung von Rohmaterialien für künftige Batterietechnologien.

Zu berücksichtigen sind dabei nicht nur die Kosten für das Material selbst, sondern auch die fürs Recycling und die Gefahren für die Umwelt beim Abbau. Langfristig müssen sich laut Berg Hersteller besonders Quellen für Lithium, Fluor, Magnesium und Phosphor sichern.

Skeleton Technologies, Anbieter von Ultrakondensatoren mit Herstellung im sächsischen Großröhrsdorf, war mit Dr. Sebastian Pohlmann auf der Konferenz vertreten. Ihre hohe Kapazität erhalten die Ultracaps durch „Curved Graphene“.

Pohlmann zeigte in seinem Vortrag vor allem, wo sich Ultrakondensatoren im Fahrzeug einsetzen lassen, von der Bordnetz-Stabilisierung bis zur Energierückgewinnung durch Rekuperation.

Entspannen konnten sich die Teilnehmer der Konferenz am Ende des ersten Tages bei der Abendveranstaltung, die in der Jovel-Music-Hall in Münster stattfand.

In farbenfroher Atmosphäre füllten sich die Reihen schnell …

… unter den wachsamen Blicken von Johnny Cash & Co. …

… und mit einem reichhaltig gefüllten Buffet.

Wie jedes Jahr wurden auch 2018 während des Abendevents die drei besten Posten prämiert. Der erste Platz mit 750 Euro Preisgeld wurde diesmal sogar zwei Mal vergeben (hier im Bild Prof. Sauer vom ISEA).

Die Preisträger des vom Haus der Technik gestifteten Posterawards sind 2018 Lea Sophie Kremer vom ZSW (2. von links), Gerrit Schälicke von der TU Braunschweig (Mitte) – beide mit dem ersten Platz – und Martin Kolek vom MEET Batterieforschungszentrum (4. von links) mit dem zweiten Platz. Überreicht wurden die Preise von Prof. Sauer (links) und Prof. Winter (rechts).

Den zweiten Konferenztag eröffnete Batteriekoryphäe Prof. Stanley Whittingham von der State University of New York mit seinem Vortrag zu Fortschritten in der Materialforschung für Batterien. Seine Kernaussage ist: Cobalt has to go!

Nicht nur sei Cobalt mit einem Kostenanstieg von 230 Prozent seit Januar 2017 zu teuer, sondern auch ethische Fragestellungen wie Kinderarbeit in afrikanischen Minen dürften nicht unbeachtet bleiben. Aktuelle Materialentwicklungen mit Magnesium als Elektrodenmaterial kommentierte Whittingham mit: „Anything Magnesium can do, Lithium can do better.“

Einen Überblick über den chinesischen Batteriemarkt für Elektrofahrzeuge gab Dr. Mark Lu vom Industrial Economics & Knowledge Center. China ist derzeit und in Zukunft noch deutlicher der größte Markt für Batterien – neben Pkw vor allem bei Bussen.

Der große Markt in China entsteht laut Lu anders als in Europa nicht durch Nachfrage, sondern durch Entscheidung der chinesischen Regierung. Die Kosten für Batteriepacks sollen laut Regierungsplänen bis 2030 auf 1,1 RMB$ je Wattstunde fallen.

Bis zum nächsten Mal: 2019 findet die Advanced Battery Power in Aachen statt.

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