Wissenschaft
Strom aus Wärme und bessere und langlebigere Batterien im All: DLR, JAXA und AIST unterzeichnen Kooperationen in der Energieforschung
Montag, der 25.September 2017
Strom aus Wärme und bessere und langlebigere Batterien im All: DLR, JAXA und AIST unterzeichnen Kooperationen in der Energieforschung
Köln-Porz: Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), die japanische Raumfahrtagentur JAXA und das japanische Forschungsinstitut für Industrietechnik (AIST, Nationale Institute of Advanced Industrial Science and Technology ) haben am 21. September 2017 in Tokio zwei Kooperationsverträge unterzeichnet. Die Forschungsinstitute werden damit in Zukunft gemeinsam an der Entwicklung von leistungsfähigen und langlebigen Batterien für Raumfahrtmissionen arbeiten. Zudem forschen die Wissenschaftler an der Entwicklung Thermoelektrischer Generatoren sowie an Standards zur Vermessung ihres Wirkungsgrades und ihrer Leistungsfähigkeit.
 
"Das DLR hat mit AIST und JAXA zwei international hoch renommierte Forschungseinrichtungen gefunden, mit denen es an sehr aktuellen Fragestellungen zu Batterien und thermoelektrischen Energiewandlern forschen kann. Das eröffnet viele Chancen für eine Bündelung der Kompetenzen und lässt rasche gemeinsame Entwicklungsfortschritte erwarten", sagte Prof. Pascale Ehrenfreund, DLR-Vorstandsvorsitzende bei der Unterzeichnung der Kooperationsverträge in Tokio.
Foto: DLR-Vorstandsvorsitzende Prof. Pascale Ehrenfreund und DLR-Programmdirektor Bernhard Milow im AIST Thermoelectrics Laboratorium in Tokio
 
Langlebigere Batterien für Raumfahrtmissionen
In den kommenden Jahren wird die Abteilung Computergestützte Elektrochemie des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik gemeinsam mit japanischen Forschern an der Entwicklung von leistungsfähigen und langlebigen Batterien für Raumfahrtmissionen arbeiten. Forschungsgegenstand ist dabei unter anderem die japanische Satellitenmission REIMEI, bei der seit zehn Jahren Daten einer modernen Lithium-Ionen-Batterie unter Raumfahrtbedingungen erfasst werden und die noch weitere Jahre im Einsatz sein wird. Diese einzigartige Datenbasis ermöglicht den Wissenschaftlern des DLR ihre hochgenauen Batteriesimulationen zu optimieren. Ziel ist die Entwicklung einer Simulationsmethode und die gezielte Datenerfassung mit der der Zustand einer Batterie genau vorhergesagt und beeinflusst werden kann. 
 
Die Abteilung Computergestützte Elektrochemie gehört weltweit zu den führenden Forschungseinrichtungen, die die Prozesse im Inneren einer Batterie bis auf die Mikroskala der Elektrodenstruktur untersuchen und in 3D-Simulationen erfassen können. Damit können die Forscher Alterungs- und Ermüdungserscheinungen und deren Ursache erkennen. Mit einem besserem Batteriedesign und optimalen Be- und Entladezyklen kann die Lebensdauer von Batterien gesteigert werden. Angesichts der weiter steigenden Bedeutung von Batterien als Energiespeicher sind die Forschungsarbeiten auch für die Elektromobilität und für bodengebundene Anwendungen von einer hohen Relevanz. Diese Kooperation mit AIST und JAXA ist eine ausgezeichnete Möglichkeit, die Kompetenzen und Ressourcen der beteiligten Institutionen effizienter und gezielter zum Einsatz zu bringen. 
 
Schnellere Entwicklung durch internationale Standards für Thermoelektrische Generatoren
Thermoelektrische Generatoren (TEG) wandeln Abwärme aus Verbrennungsvorgängen in elektrischen Strom um. Sie können im Automobil, im Flugzeug und bei stationären Anwendungen zur Steigerung der Energieeffizienz eingesetzt werden, aber auch als autarke mobile Stromquellen dienen. Im Automobil erwartet man beispielsweise eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs um bis zu fünf Prozent, wenn die Abwärme des Abgases in elektrische Energie für das Fahrzeug umgewandelt wird. Weltweit entwickeln Labore immer leistungsfähigere Module. Dies ist eine Voraussetzung zur Entwicklung von vielfältigen neuen Anwendungen. Die Grundlagen für einen reibungslosen Transfer in die Praxis bilden neben wirtschaftlichen Integrationslösungen auch genaue standardisierte Messverfahren für den Wirkungsgrad und die Leistung der TEG-Module, die bislang weder international noch national definiert sind. Mit heutigen Messtechniken treten hier oft Messunsicherheiten von mehr als 15 Prozent auf. Dies ist für wissenschaftliche Untersuchungen und industrielle Weiterentwicklung unzureichend und verzögert die Markterschließung der thermoelektrischen Systeme in allen Anwendungsbereichen. Die gemeinsame Durchführung von realitätsnäheren Tests bringt die Technologie näher an die Anwendung, die das Potential hat, den Ausstoß von Emissionen und Treibhausgasen, zum Beispiel im Personen- und Güterverkehr, deutlich zu reduzieren.
 
Das DLR-Institut für Werkstoff-Forschung, das Institut für Fahrzeugkonzepte und AIST werden in Zukunft an präzisen Messverfahren für aussagekräftige Messergebnissen arbeiten. Zum einen wird die Standardisierung dieser Verfahren vorangetrieben, sodass sie nach wissenschaftlichen Anforderungen reproduzierbar und vergleichbar sind. Zum anderen werden die thermoelektrischen Generatoren beispielsweise für den Einsatz in Kraftfahrzeugen realitätsnäher vermessen und hinsichtlich des Wirkungsgrades weiter verbessert. In Japan und in Deutschland wird, sowohl in der Wissenschaft als auch in der industrienahen Entwicklung, intensiv an thermoelektrischen Materialien und Systemen geforscht. Feste Standards sollen es ermöglichen, dass TEGs in Zukunft schneller entwickelt werden können. Die Partner sind damit in der Lage, Hersteller von thermoelektrischen Generatoren und Messanlagen bei der Markteinführung maßgeblich zu unterstützen. (Pressemeldung vom 25.09.2017)
Quelle: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt | Foto: DLR
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