Materialforschung für die Batterien der Zukunft

Wie können Batterien zukünftig leistungsfähiger, langlebiger und umweltfreundlicher sein? Diese Frage steht im Mittelpunkt der Arbeit von Helmut Ehrenberg: „Unser Beitrag zur Entwicklung von Energiespeichersystemen liegt in der Materialchemie und -charakterisierung“, erklärt er. „Wir untersuchen potenziell geeignete Materialien über deren gesamte Lebensdauer hinweg und arbeiten daran, materialwissenschaftliche Aspekte zu optimieren und die Recyclingfähigkeit voranzutreiben.“

Im Exzellenzcluster POLiS (Post Lithium Storage) arbeiten er und sein Team an Batteriesystemen, die nicht nur leistungsstark und zuverlässig, sondern auch nachhaltiger und umweltfreundlicher sind als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. „Das Motto lautet: Fit for Transfer – wir bringen Konzepte schnell in die industrielle Anwendung“, so Ehrenberg. Der Fokus liegt auf Alternativen zu den derzeit verbreiteten Batterien, etwa Natrium-Ionen-Batterien, die möglichst ohne kritische Metalle auskommen und durch eine höhere Verfügbarkeit von Natrium potenziell nachhaltiger sein könnten. „Wir loten aus, wie nachhaltig solche Batterien tatsächlich sein können, denn die Energiedichte von Natriumzellen ist geringer, sodass für die gleiche Speicherkapazität wie bei herkömmlichen Batterien mehr Material erforderlich ist.“

Das von Ehrenberg geleitete IAM-ESS deckt die gesamte Materialforschung für elektrochemische Energiespeicher ab. Die Forschungsgruppen befassen sich unter anderem mit kohlenstoffbasierten Energiespeichermaterialien, Lebensdaueraspekten und der Charakterisierung von Materialien für Energiespeicher. „Wir betreiben Grundlagenforschung, um umfassende Nachhaltigkeitsbewertungen zu ermöglichen“, erklärt er. „Wir wollen Materialien nicht nur in ihrer ursprünglichen Form verstehen, sondern auch im Zellverbund und über die gesamte Lebensdauer hinweg. Für die Recyclingfähigkeit bedeutet das beispielsweise: Was unterscheidet Batterien aus recycelten Materialien von solchen aus herkömmlichen Rohstoffquellen?“

 „Am KIT arbeiten Expertinnen und Experten aus Chemie, Maschinenbau und Elektrotechnik interdisziplinär zusammen. Wir haben hier eine geschlossene Wertschöpfungskette für Batterieforschung und -entwicklung“, betont Ehrenberg. „Das Battery Technology Center (BATEC) ermöglicht es uns, Batteriezellen in Industriequalität zu bauen. Wir decken alles ab: von der Grundlagenforschung über Materialentwicklung, Zellbau, Zelltests, Lebensdauertests und Sicherheitstests bis zum Recycling“ – und schaffe damit optimale Voraussetzungen, um den vielfältigen Herausforderungen in der Batterieforschung zu begegnen. „Wer herausfinden möchte, wie Batterien nicht nur nachhaltig, sondern auch kosteneffizient und damit wettbewerbsfähig produziert werden können, muss alle Prozesse und Schritte beherrschen. Und das geht nicht ohne ein umfassendes Verständnis sämtlicher Details.“ (ase)

Der Presseservice des KIT stellt gerne den Kontakt zwischen den Medien und Prof. Dirk E. Hebel her.

Fotonachweis
Foto Batteriematerialien: Amadeus Bramsiepe, KIT
Porträt Prof. Helmut Ehrenberg, IAM-ESS, KIT: Sandra Goettisheim