Source: Forschungszentrum Julich
Die Zellplattform Oxide im Kompetenzcluster für Festkörperbatterien „FestBatt“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung geht in die zweite Förderphase
Jülich, 2. Dezember 2021 – Mehr Sicherheit, größere Speicherkapazitäten, kürzere Ladezeiten – die Weiterentwicklung von Batterien für verschiedenste Anwendungsfelder ist mit großen Erwartungen verbunden. Das Konzept der Festkörperbatterie gilt als mögliche Weiterentwicklung der heute gängigen Lithiumionenbatterien mit flüssigen Elektrolyten. Festkörperbatterien kommen ohne solche brennbaren Bestandteile aus und versprechen höhere Energiedichten sowie kürzere Ladezeiten. Sie erfahren daher international heute großes Interesse, das von zahlreichen Ankündigungen industrieller Akteure verstärkt wird. Allerdings sind eine Reihe von wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen auf dem Weg zum kommerziellen Erfolg und zur Massenproduktion von Festkörperbatterien noch ungelöst.
Festkörperbatterien – von der Herstellung bis zur AnalyseCopyright: Forschungszentrum Jülich
Hier setzt der vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderte Kompetenzcluster FestBatt an, an dessen erster Förderphase mehr als 100 Forscherinnen und Forschern beteiligt waren. Diese haben in einem ersten Schritt erfolgreich die wissenschaftlichen Grundlagen der Synthese von Festelektrolyten als Kernkomponente von Festkörperbatterien erarbeitet. Im Mittelpunkt der zweiten Phase steht nun die Entwicklung von Zellkomponenten und ganzen Festkörperbatteriezellen auf der Basis dieser Elektrolyte und der dafür notwendigen Material- und Prozesstechnologie. Hierfür setzt das BMBF die Förderung des Kompetenzclusters „FestBatt“ ab November 2021 mit insgesamt rund 23 Millionen Euro für drei Jahre fort. Insgesamt 17 wissenschaftliche Einrichtungen – hierunter Universitäten, Helmholtz-Zentren sowie Institute der Fraunhofer-Gesellschaft und der Max-Planck-Gesellschaft sind an dem Kompetenzcluster beteiligt, das vom Zentrum für Materialforschung (ZfM) der Justus-Liebig-Universität Gießen koordiniert wird.
Oxide
Der Kompetenzcluster „FestBatt“ besteht in der zweiten Phase aus neun Verbundprojekten. Dazu zählt auch die „Zellplattform Oxide“, an der Forscher des Instituts für Energie- und Klimaforschung (IEK-1): Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren der Forschungszentrum Jülich GmbH, des Fraunhofer-Instituts für Keramische Technologien und Systeme (IKTS) und der Technischen Universität München (TUM) beteiligt sind. Sie fokussieren sich auf die Entwicklung von oxidkeramischen Batteriezellen und werden dafür mit mehr als 2 Millionen Euro vom BMBF gefördert. Die benötigen Festkörperelektrolyt- und Aktivmaterialien werden über skalierbare Verfahren hergestellt und gezielt an die Anforderungen in Festkörperbatterien angepasst. Die Weiterverarbeitung der keramischen Bestandteile zu Batteriezellen erfolgt über innovative Herstellungsverfahren basierend auf Foliengießen, neue Sintertechnologien und Laserabscheidung. Koordiniert wird die Zellplattform Oxide von Prof. Dr. Olivier Guillon, Direktor des IEK-1 am Forschungszentrum Jülich.
Polymere und Hybride
Polymer- und Hybridelektrolyte weisen aufgrund ihrer mechanischen Eigenschaften, Verarbeitbarkeit und nachgewiesenen Anwendungsfähigkeit ein großes Potential für Festkörperbatterien auf. Aufbauend auf die Materialentwicklung in der ersten Projektphase von FestBatt werden im Verbundprojekt „Zellplattform Polymere“ (Fördervolumen 3,2 Millionen Euro) Batteriezellkonzepte auf Polymerelektrolytbasis entwickelt. Hierzu gehört die Optimierung und Erweiterung der stofflichen Basis, insbesondere hinsichtlich Schnellladefähigkeit und Senkung der Betriebstemperatur der Zellen. Konzepte für Polymer-basierte Batteriezellen mit Lithiummetall-Anode oder in „anodenfreier“ Variante werden im Einfach- oder Mehrschichten-Ansatz unter Einbeziehung „hybrider“ Zellen und Materialien umgesetzt. Im Verbundprojekt „Zellplattform Hybride“ (Fördervolumen 2 Millionen Euro) werden die Vorteile der verschiedenen Festkörperklassen in Form von Hybridelektrolyten vereint. Sie ermöglichen beispielsweise den Betrieb von Festkörperelektrolyten ohne zusätzlichen äußeren Druck. Die Zellplattformen Polymere und Hybride werden von Prof. Dr. Martin Winter und PD Dr. Gunther Brunklaus am IEK-12 (HI MS, Helmholtz-Institut Münster) koordiniert.
Kompetenzclusters FestBatt
FestBatt wird von Prof. Dr. Jürgen Janek vom Zentrum für Materialforschung der Justus-Liebig-Universität Gießen koordiniert. Das Projekt ist Teil des Dachkonzepts „Forschungsfabrik Batterie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF), dessen Ziel es ist, die technologische Souveränität Deutschlands in der Batterietechnologie zu sichern.
Weitere Informationen:
Institut für Energie- und Klimaforschung, Werkstoffsynthese und Herstellungsverfahren (IEK-1)
Helmholtz-Institut Münster: Ionenleitung in der Energiespeicherung (IEK-12)
Pressekontakt:
Tobias SchlößerPressereferent, UnternehmenskommunikationTel.: 02461 61-4771E-Mail: t.schloesser@fz-juelich.de
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