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Festkörperbatterien als Speichertechnologie der Zukunft

| Redakteur: Katharina Juschkat

Wissenschaftler des KIT forschen an den Batterien der nächsten Generation.
Wissenschaftler des KIT forschen an den Batterien der nächsten Generation. (Bild: Carsten Costard)

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Sichere Energiespeicher mit größeren Kapazitäten und schnelleren Ladezeiten versprechen sich Wissenschaftler von Festkörperbatterien. Ein Kompetenzcluster forscht aktuell an der Technologie, die Elektromobilität und stationäre Energiespeicher attraktiver machen könnte.

Sichere Elektromobilität mit großen Reichweiten – das soll mit den neuen Festkörperbatterien des Karlsruher Institut für Technologie (KIT) möglich sein. Sie verfügen über große Speicherkapazitäten, schnelle Ladezeiten und kommen ohne brennbare, flüssige Elektrolyte aus. Auch als Energiespeicher für erneuerbaren Energien könnte die Technologie eines Tages dienen. Im Kompetenzcluster „Festbatt“ forscht das KIT gemeinsam mit 13 weiteren wissenschaftlichen Einrichtungen aktuell an den Batterien.

Elektrolyte aus festen Materialien

Die Festkörperbatterie soll helfen, eine nachhaltige Energietechnologie zu fördern. Wissenschaftler arbeiten aktuell an einem Mix aus ganz unterschiedlichen Batterien, die auf den Gebrauch in Elektrofahrzeugen oder Speichern in industriellen Anwendungen und Privathaushalten zugeschnitten sind. Neben den bereits etablierten Lithium-Ionen-Batterien mit flüssigen Elektrolyten im Innern der Batterie geraten dabei zunehmend auch Batterien in den Fokus der Forschung, die auf Elektrolyten aus festen Materialien basieren.

BUCHTIPP Auf dem Stand der aktuellen Technik vermittelt das Fachbuch „Akkuwelt“ das Basiswissen zur Batterie-Technologie und bietet einen Überblick über die Entwicklung, den Bau und die Anwendung von Batterien. Außerdem gibt das Buch Einblick in potenzielle und zukünftige Entwicklungstendenzen.

„Solche Festkörperbatterien sind feuersicher und könnten zukünftig größere Speicherkapazitäten und schnellere Ladevorgänge ermöglichen“, sagt Professor Helmut Ehrenberg vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) des KIT. Dieser Batterietyp habe deshalb das Potenzial, sowohl sichere Elektromobilität mit großen Reichweiten zu ermöglichen als auch stationär eingesetzt zu werden. Beispielsweise könnte man Festkörperbatterien auch als effektive Speicher für Strom aus privaten Photovoltaikanlagen nutzen. Um diese Ziele zu erreichen, bestehe bei der Festkörperbatterie aber noch erheblicher Forschungsbedarf.

Sieben spannende Entwicklungen rund um Batterien und Akkus

Funktionsweise im Detail verstehen

Prof. Helmut Ehrenberg vom Institut für Angewandte Materialien des KIT koordiniert in „Festbatt“ die Methodenplattform Charakterisierung.
Prof. Helmut Ehrenberg vom Institut für Angewandte Materialien des KIT koordiniert in „Festbatt“ die Methodenplattform Charakterisierung. (Bild: Sandra Goettisheim/KIT)

Hier setzt der neue Kompetenzcluster für Festkörperbatterien „Festbatt“ an. Er umfasst alle für das Thema Festelektrolyte und Festkörperbatterien relevanten Forschungseinrichtungen in Deutschland – darunter Universitäten und Forschungszentren aus der Helmholtz-Gemeinschaft sowie der Fraunhofer-Gesellschaft. Das KIT ist mit mehreren Instituten beteiligt und erhält in der ersten Projektphase über drei Jahre Fördermittel des BMBF in Höhe von 3,95 Millionen Euro. Ziel von „Festbatt“ ist es, grundlegendes Wissen für Festkörperbatterien zu erarbeiten sowie deren Funktionsweise im Detail zu verstehen, wissenschaftlich zu beschreiben und funktionsfähige Prototypen zu entwickeln. Mit dem Kompetenzcluster wird aber auch der Grundstein für den Aufbau und die nachhaltige Weiterentwicklung einer international führenden, wettbewerbsfähigen Batteriezellproduktion in Deutschland gelegt.

„Festbatt“ besteht insgesamt aus fünf Verbundprojekten: drei Material- und zwei Methodenplattformen. In der ersten Projektphase steht die reproduzierbare Herstellung geeigneter Festelektrolyte im Fokus. Professorin Ellen Ivers-Tiffée, die am Kompetenzcluster mitarbeitet, erklärt: „Die Auswahl kompatibler Materialien ist essenziell für das spätere Zelldesign. Die bei uns durchgeführte elektrochemische Charakterisierung liefert die wichtigsten materialspezifischen Parameter und ermöglicht so die Auswahl leistungsfähiger Materialkombinationen.“

Der neue Kompetenzcluster ergänzt die Aktivitäten des KIT im Bereich der elektrochemischen Energiespeicherforschung. Beginnend bei der Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien für Lithium- und Post-Lithium-Technologien, bis hin zur effektiven Herstellung großformatiger Zellen im Industriemaßstab sowie deren Zusammenschluss und Regelung in Batteriepacks sind alle relevanten Aspekte der Batterieentwicklung innerhalb des „KIT Batterietechnikums“ abgebildet. In dem in diesem Jahr gegründeten „Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe“, an dem das KIT maßgeblich beteiligt ist, liegt der Schwerpunkt der Forschung neben der Entwicklung von Lithium- und Post-Lithium-Technologien auch auf feuersicheren und ressourcenschonenden Alternativen wie der Redox-Flow Zelle, auf Brennstoffzellen als Energiewandler und insbesondere auch auf der Ausbildung des wissenschaftlichen Nachwuchses.

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