Batterien der nächsten Generation Kompetenzcluster »FestBatt« für Festkörperbatterien

Felix Walther (l.) und Dr. Saneyuki Ohno bei der 3D-Analyse einer Festkörperbatterie am Physikalisch-Chemischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen.
Felix Walther (links) und Dr. Saneyuki Ohno bei der 3D-Analyse einer Festkörperbatterie am Physikalisch-Chemischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen.

Im Kompetenzcluster »FestBatt« arbeiten 14 wissenschaftliche Einrichtungen an der künftigen E-Mobilität mit großen Reichweiten: Große Speicherkapazitäten, kurze Ladezeiten und keine brennbaren flüssigen Elektrolyte. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert die Forschungsarbeit.

Das Konzept der Festkörperbatterie gewinnt eine immer größere Bedeutung. Festkörperbatterien kommen ohne brennbare flüssige Elektrolyte aus und haben gegenüber den heute gängigen Lithium-Ionen-Batterien eine höhere Energiedichte und ermöglichen kürzere Ladezeiten. Um sowohl die Material- als auch die Prozesstechnik weiterzuentwickeln, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) den Kompetenzcluster »FestBatt« seit September 2018 mit insgesamt rund 16 Millionen Euro für drei Jahre. Im Mittelpunkt steht dabei die Erforschung der benötigten Materialien, ihrer Eigenschaften und ihrer Herstellung. Beteiligt sind insgesamt 14 wissenschaftliche Einrichtungen: Universitäten, Helmholtz-Institute und Institute der Fraunhofer-Gesellschaft. Koordiniert wird der Kompetenzcluster durch das Zentrum für Materialforschung (ZfM) der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU).

Der Kompetenzcluster »FestBatt« besteht aus fünf Verbundprojekten:

  • drei Materialplattformen
  • zwei Methodenplattformen

Zu den Zielen der ersten Projektphase gehören die Herstellung stabiler und hochwertiger Festelektrolyte und deren elektrochemische Charakterisierung. Die Entwicklung von Festkörperbatterien auf Basis der Elektrolyte steht im Mittelpunkt weiterführender Arbeiten.

»Materialien für die Energiewandlung, -speicherung und -einsparung zu entwickeln ist international eines der wichtigsten Arbeitsfelder der Materialforschung – nicht zuletzt aufgrund der enormen gesellschaftlichen Herausforderungen vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaveränderungen«, sagt Prof. Dr. Joybrato Mukherjee, Präsident der JLU.

Neben der Koordination des Clusters leiten die Gießener Forscher die Arbeit an Festkörperbatterien auf Basis von speziellen Festelektrolyten (Lithiumthiophosphaten), die sich durch besonders günstige Eigenschaften auszeichnen. Weitere Beiträge wird die Arbeitsgruppe von Prof. Jürgen Janek (JLU) zu einer Methodenplattform für die Charakterisierung von Elektroden in Festkörperbatterien leisten. Auch hier haben die Gießener Wissenschaftler bereits zur Aufklärung der Elektrodenkinetik beigetragen.

Ebenfalls an der Methodenplattform beteiligt ist die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kerstin Volz am Wissenschaftlichen Zentrum für Materialwissenschaften (WZMW) und Fachbereich Physik der Universität Marburg. Sie charakterisiert die in Festkörperbatterien eingesetzten Materialien mit modernsten elektronenmikroskopischen Methoden.