Zukunftsweisende elektrochemische Energiespeicherung

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Batterieforschung in Deutschland

Batterieforschung in Deutschland

Der im Moment wichtigste Batterietyp unter den wiederaufladbaren Hochleistungsbatterien ist der der Lithium-Ionen-Batterie. Während kleine Lithium-Ionen-Batterien bereits kommerziell in Unterhaltungselektronik, Elektrowerkzeugen, Hybridfahrzeugen und auch in Elektroautos genutzt werden, steckt der kommerzielle Einsatz von größeren Energiespeichern noch eher in den Anfängen. Bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ist die maximale Speicherkapazität allerdings nahezu erreicht. Um Fortschritte in der Leistungsfähigkeit zu machen, müssen daher die Entwicklung neuer Speichermaterialien und Konzepte vorangetrieben werden. Für einen weiteren signifikanten Sprung bei der Energiedichte von Batteriezellen werden neue elektrochemische Paarungen benötigt sowie Ideen für eine noch kompaktere Bauweise.

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des HIU betreiben zum einen Grundlagenforschung an Lithium-Ionen-Batterien, um diese noch weiter zu optimieren. Gleichzeitig wird zum anderen an ganz neuartigen Batterietypen geforscht, von denen man sich in Zukunft weitergehende Innovationen erhofft. Am HIU arbeiten dazu Experimentatoren und theoretische Modellierer eng zusammen, um Verbesserungen sowohl bei der Entwicklung der Materialien als auch bei der Batteriearchitektur zu erreichen.

In den Laboren werden Batteriezellen mit unterschiedlichen Materialkombinationen getestet und es werden ihre Energiedichte, Lebensdauer und Leistung genau bestimmt. Kleinste Details, wie beispielsweise das Verhalten neu hinzugefügter Elemente, können beim Lade- und Entladevorgang  enormen Einfluss haben. Entscheidend können Prozesse sein, die auf der Nano- oder Mikroebene der Batterie, ablaufen. Ziel ist es dabei, zu erforschen, wie Elementarprozesse das Funktionieren von elektrochemischen Energiespeichern beeinflussen. Darüber hinaus versuchen Forscherinnen und Forscher des HIU, elektrochemische Effekte durch die Verbindung von experimentellen Messungen mit multiskaligen Simulationen zu verstehen, um Schlussfolgerungen für die realen Anwendungen zu ziehen.

 

Hintergrundinformationen zu Lithium-Batterien finden Sie hier.

Querschnittsthemen

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben übergreifend für alle Forschungsgruppen am HIU die vier Querschnittsthemen Metallabscheidung, Insertionsmaterialien und Elektrodenstruktur, Lithiumbasierte Konversionsmaterialien und neue Batterien jenseits Lithium festgelegt.

Die Forschungsquerschnittsthemen am HIU

Elektrochemie

Im Forschungsgebiet der Elektrochemie werden grundlegende wissenschaftliche Themen zur Entwicklung des elektrochemischen Energiespeichers der nächsten und übernächsten Generation untersucht.

Forschungsgebiet Elektrochemie

Materialien

Ziel im Forschungsfeld Materialien ist es, neuartige Materialien mit potenziell höheren Energiedichten zu identifizieren, die gleichzeitig sicher sind und zu niedrigeren Kosten produziert werden können.

Forschungsgebiet Materialien

Theorie

Das Forschungsgebiet Theorie verbindet theoretische Beschreibungen, Strukturberechnungen und Prozesse auf Oberflächen oder Grenzfläche mit der operativen Forschung über alle Disziplinen hinweg.

Forschungsgebiet Theorie

Systeme

Das Forschungsgebiet Systeme schlägt eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und anwendungsorientierter Forschung und betrachtet die Systeme u.a. hinsichtlich Funktionalität, Design, Alterungsverhalten und Verfügbarkeit von Rohstoffen.

Forschungsgebiet Systeme

Methoden

Als multidisziplinäre Einheit am HIU stellt das Forschungsfeld Methoden hochentwickelte, präzise Beobachtungstechniken für die Analyse der chemischen und physikalischen Prozesse - teilweise direkt während eines Be- und Endladeprozesses - in einer Zelle zur Verfügung.

Forschungsgebiet Methoden

Nachwuchsgruppen

Das HIU bietet jungen Wissenschaftlern umfangreiche Möglichkeiten zur optimalen Gestaltung der eigenen Karriere in der Forschung. Die Helmholtzgemeinschaft unterstützt junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern beim Aufbau und Leiten einer eigenen Forschungsgruppe. Dabei profitieren diese von der exzellenten Infrastruktur der jeweiligen Zentren sowie von der Einbindung in ein renommiertes und internationales Arbeitsumfeld.

Helmholtz Nachwuchsgruppen