Politik & Medien

Wickelanlage

Batterien für die Energiewende

Batterien spielen bei der Energie- und Verkehrswende eine zentrale Rolle. Energie aus erneuerbaren Quellen - wie beispielsweise Wind und Sonne - muss zwischengespeichert werden, da sie andernfalls nicht jederzeit zur Verfügung steht. Effiziente Lösungen hierfür bieten Batterien, die elektrische Energie zwischenspeichern sowie wieder abgeben können und dabei nur vergleichsweise geringe Energieverluste aufweisen. Die Bedeutung von kompakten Heimspeichern in Haushalten oder größeren Quartierspeichern in Wohngebieten nimmt stetig zu. Gleichzeitig haben Batterien die E-Mobilität ermöglicht. In den letzten 15 Jahren haben Entwicklungen in der Batterieforschung und Produktionstechnik die Reichweiten von E-Autos von rund 300 auf 600 km gesteigert.

Elektromobilität KIT
Forscherin Fritz Beck

Wie wird an Batterien geforscht?

Um Anwendungen, wie Heimspeicher, E-Autos und Smartphones, zu verbessern, müssen auch ihre Batterien besser verstanden und weiterentwickelt werden. Die Batterieforschung ist ein interdisziplinäres Feld, in dem Chemiker*innen, Physiker*innen, Materialwissenschaftler*innen und Ingenieur*innen eng zusammenarbeiten. Ziel der Forschung sind Batterien, die mehr Energie speichern, sowie leichter, langlebiger, nachhaltiger und kostengünstiger sind, als herkömmliche Batterien. Batterieforschende suchen im Labor nach dem perfekten Rezept für neue Materialien aus dutzenden chemischen Elementen und verschiedenen Verfahrens- und Synthesetechniken. Kleinste Details, wie beispielsweise das Variieren des Trocknungsvorgangs einer Batterieelektrode oder der Austausch eines Bindemittels, können beim Lade- und Entladevorgang enormen Einfluss haben. Wenn eine vielversprechende Kombination gefunden wurde, wird die Batterie zusammengesetzt und bei unterschiedlichen Temperaturen in tausend Lade- und Endladezyklen getestet. Neben den experimentellen Arbeiten im Labor versuchen die Forschenden aufwendigen Computermodellen die Vorgänge in einer Batterie zu verstehen, um Schlussfolgerungen für die realen Anwendungen zu ziehen.

Der Weg zu nachhaltigen Batterien

Lithium-Ionen-Batterien stellen im Moment die leistungsfähigsten Batterien dar, was die verfügbare elektrische Energie pro Volumen und Gewicht der Batterie betrifft. Die in ihnen enthaltenen chemischen Elemente sind jedoch mittel- und langfristig nicht nachhaltig nutzbar. Die Gewinnung der Bestandteile wie Kobalt, Graphit und Lithium bergen politische, ökologische und wirtschaftliche Risiken. Die Europäische Kommission befürchtet aufgrund von Ressourcenknappheit und der unsicheren politischen Situation einiger Länder mit großen Vorkommen sogar Versorgungsengpässe. Darüber hinaus findet der Abbau von Kobalt in vielen Fällen unter menschenunwürdigen Bedingungen statt und ist mit hohen Umweltauswirkungen verbunden. Aus diesen Gründen entwickeln unsere Batterieforschenden nachhaltigere Alternativen, die nicht mehr auf Lithium und die weiteren kritischen Materialien angewiesen sind. Sie basieren stattdessen auf Elementen wie Natrium, Magnesium, Kalzium, Aluminium oder Chlor. Solche sogenannten Post-Lithium-Batterien besitzen neben der verbesserten Nachhaltigkeit das Potenzial, mehr Energie zu speichern, sicherer zu sein und kostengünstigere Option für verschiedene Massenanwendungen zu bieten.

Forscher im Trockenraum Fritz Beck

Pressemitteilungen

Roadmap für die Batterieforschung in Europa - 09.04.2020

Ausstellung
Die europäische Forschungsinitiative BATTERY 2030+ präsentiert ihre Ziele – Forschungsplattform CELEST mit KIT, Universität Ulm und ZSW beteiligt

Um die Batterien der Zukunft zu entwickeln, haben Partner aus Wissenschaft und Industrie aus ganz Europa die Forschungsinitiative BATTERY 2030+ auf den Weg gebracht. Eine Roadmap präzisiert nun die Meilensteine: eine gemeinsame Plattform zur Materialentwicklung mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI), vernetzte Sensoren und Selbstheilungs- technologie für Batterien sowie nachhaltige Herstellungs- und Recyclingverfahren.

Feierlicher Auftakt für „exzellente“ Energieforschung - 26.03.2019

Ausstellung
Forschungsplattform CELEST und Batterie-Exzellenzcluster eingeweiht

Die größte deutsche Forschungsplattform in der elektrochemischen Energieforschung ist heute, am Dienstag, 26. März, offiziell gestartet: Im Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe (CELEST) entwickeln Forschende verschiedener Disziplinen hochleistungsfähige und umweltfreundliche Energiespeicher. Bei der feierlichen Einweihung im Helmholtz-Institut Ulm informierten sich Staatssekretär Christian Luft (BMBF) und Amtschef Ulrich Steinbach (MWK Baden-Württemberg) insbesondere auch über den ersten herausragenden Erfolg der Plattform: Bei der hochkompetitiven Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder haben die Partner das deutschlandweit einzige Exzellenzcluster in der Batterieforschung eingeworben.

Europaweite Forschung für Batterien der Zukunft - 28.02.2019

Ausstellung
Europäische Initiative BATTERY 2030+ bringt führende Wissenschaftsinstitutionen zusammen – Forschungsplattform CELEST mit KIT, Universität Ulm und ZSW beteiligt

Um die Energiewende erfolgreich zu verwirklichen und regenerativ erzeugte Energie zu speichern, werden bessere Batterien benötigt. Die auf zehn Jahre angelegte europäische Forschungsinitiative BATTERY 2030+ bringt führende Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Unternehmen aus ganz Europa zusammen, um entscheidende Fortschritte in der Batteriewissenschaft und -technologie zu erreichen.

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