Batterieforschung - Projekt SkaLiS mit 2,2 Millionen Euro vom BMBF gefördert
Pouchzellen Labor © HZB
SkaLiS Projektteam © HZB
Für die Energiewende werden leistungsstarke, kompakte und günstige Batterien benötigt. Dafür forschen am Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) Gruppen um Prof. Dr. Yan Lu, Dr. Ingo Manke und Dr. Sebastian Risse. Sie untersuchen und entwickeln neuartige Elektroden-Materialien, die auf Schwefel oder Silizium basieren. Nun koordiniert Risse auch noch ein großes Projekt, an dem neben Teams aus dem HZB auch die Universität Potsdam, die Technische Universität Berlin, die Technische Universität Dresden sowie das Fraunhofer Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS Dresden beteiligt sind.
Das Projekt SkaLiS startet im Juli 2021 und wird in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 2,2 Millionen Euro durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. SkaLiS steht für „Operando-Analyse gestütztes, skalenübergreifendes und skalierbareres Elektroden-Design zur Leistungserhöhung von Lithium-Schwefel-Pouchzellen“.
In SkaLiS (FKZ: 03XP0398) wollen die beteiligten Forschungsgruppen einen Lithium-Schwefel (Li-S) Demonstrator auf Pouchzellenebene herstellen, dessen Kathode gleich auf mehreren Skalen strukturiert ist. Mit diesem Ansatz soll die Li-S Batterie deutlich stabiler und leistungsstärker als bisherige Batteriezellen sein. Für die Bewertung der industriellen Relevanz steht dem Konsortium ein Industriebeirat bestehend aus Vertretern der Firmen Airbus, Rolls-Royce, Wingcopter, Customcells und E-Lyte zur Seite.
Die HZB-Abteilung „Elektrochemische Energiespeicherung“ hat dafür bereits die passende Infrastruktur aufgebaut: Die sogenannte „Pouch-Cell-Line“ – dort lassen sich aus Ausgangsmaterialien in mehreren einfachen Schritten Versuchs-Batterien in einem flachen „Taschenformat“ herstellen (siehe Filmclip).
Im SkaLiS Projekt ist darüber hinaus eine sechsstellige Investition in ein neues Detektorsystem für ein Röntgenkleinwinkel-Instrument vorgesehen. Es wird derzeit am Standort Wannsee in Risses Elektrochemie-Gruppe aufgebaut und ist besonders geeignet, um Materialien wie Batterie-Elektroden zu untersuchen.
Das Kathodenmaterial stellt das Team um die Chemikerin Yan Lu selbst her. Es besteht aus fein vermahlenen Schwefelpartikeln, die in Kohlenstoff mit spezieller Porosität eingelagert werden. Nach der Fertigung der Batteriezelle in Berlin und Dresden werden die elektrochemische Leistungsfähigkeit sowie die Stabilität eingehend mit operando Methoden von den Arbeitsgruppen um Manke und Risse analysiert. Somit lassen sich direkte Rückschlüsse auf die Zellfertigung und die Kathodenmaterial-Synthese ziehen, die auch für die Industrie relevant sind.
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.
- Rutger Schlatmann in den Vorstand von ETIP PV wiedergewähltETIP PV ist ein Fach-Gremium, das die Europäische Kommission zu Photovoltaik berät. Nun hat der ETIP PV-Lenkungsausschuss einen neuen Vorsitzenden sowie zwei stellvertretende Vorsitzende für die Amtszeit 2024–2026 gewählt. Rutger Schlatmann, Bereichssprecher Solare Energie am HZB und Professor an der HTW Berlin, wurde als Vorsitzender wiedergewählt.