Zukunftsweisende elektrochemische Energiespeicherung

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Ziele & Strategien

Batterieforschung am HIU

Energie aus erneuerbaren Quellen - wie beispielsweise Wind und Sonne - muss zwischengespeichert werden, da sie nicht jederzeit zur Verfügung steht. Gleichzeitig benötigen Elektroautos einen Speicher, um die zur Fortbewegung nötige elektrische Energie verfügbar zu haben. Effiziente Lösungen hierfür bieten Batterien, die Strom zwischenspeichern sowie wieder abgeben können und die kaum Energieverluste aufweisen.

Der Begriff Batterie bezeichnet eine Serien- oder Parallelschaltung von Zellen, in denen chemische Stoffe reagieren und dabei elektrische Energie abgeben. Neben den Bestandteilen Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt spielt ebenso die bestmögliche Einstellung der einzelnen Elemente aufeinander eine Rolle für die Leistungsfähigkeit der Batterie. Je nach Materialkombination unterscheiden sich die Energiespeicher: z.B. ändert die Verwendung von flüssigen, festen oder gelartigen Stoffen Aufbau und Zusammensetzung. Um eine ideale, in der Praxis jedoch hochkomplexe Lösung zu entwickeln, müssen eine Reihe von Einflussfaktoren beachtet, erforscht und optimiert werden.

 

Ziele

Das HIU greift die fundamentalen Fragestellungen elektrochemischer Speicher auf und entwickelt darauf aufbauend grundlegend neue Materialien und Zellkonzepte. Ziel des HIU ist es, zukunftsfähige elektrochemische Energiespeicher der nächsten und übernächsten Generation zu entwickeln, also Speicher, die mehr Energie speichern und leistungsfähiger, leichter, langlebiger, sicherer und kostengünstiger sind als herkömmliche Systeme. Batterien dieser Art sind eine Antwort auf die drängenden Fragen nach besseren Speichern für tragbare elektrische Geräte und für Elektrofahrzeuge. Zudem tragen diese zur Lösung des Problems der schwankenden Verfügbarkeit von erneuerbaren Energieträgern bei.

 

Strategie

Um die genannten Ziele zu erreichen, konzentriert das HIU unter seinem Dach das Fachwissen von vier führenden Forschungsorganisationen. Mit den Kompetenzen der Partner deckt es wie kein anderes Institut in Deutschland nahezu alle Felder in der Batterieforschung ab.

Das KIT ist führend in der Entwicklung grundlegend neuer Speicherkonzepte und der Synthese und Untersuchung der dazu notwendigen Speichermaterialien und Elektrolyte. Es besitzt zudem eine herausragende Expertise und modernste Methoden zur strukturellen, chemischen und elektrochemischen Charakterisierung von Materialien und Zellen sowie bei übergeordneten Systemanalysen. Der Schwerpunkt der Gruppen aus der Universität Ulm liegt auf der Untersuchung elektrochemischer Grundlagen und der Modellierung elementarer Prozesse an Elektrodenoberflächen sowie im Materialinneren. Das ZSW forscht seit Jahrzehnten sehr erfolgreich und anwendungsorientiert an Batteriematerialien, entwickelt neue Zellen und testet die Alltagstauglichkeit von Batterien in enger Kooperation mit der Industrie. Das DLR verfügt über hohe Kompetenz in der Entwicklung neuer Speichermaterialien, in der Entwicklung und Anwendung mathematischer Modelle und Simulationen auf der Größenskala ganzer Batteriezellen, sowie in der Systementwicklung.

Das HIU vernetzt somit exzellente Grundlagenforschung mit der Anwendungsebene. Daneben baut es die Lehre und Nachwuchsförderung aus, um hoch qualifizierte junge Wissenschaftler in diesem strategisch wichtigen Feld für die Forschung und Wirtschaft auszubilden.