Auf der Suche nach der Batterie der Zukunft
Hochenergie-Batterien der nächsten Generation sollen die Nachfolge der Lithium-Ionen-Batterie antreten. Doch hat die jetzige Batterietechnik für automobile und stationäre Anwendungen wirklich bald ausgedient? Was können sogenannte Post-Lithium-Ionen-Batteriesysteme leisten? Diesen und weiteren Fragen widmet sich ein neues Forschungsvorhaben, das am Batterieforschungszentrum MEET der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster (WWU) koordiniert wird. Das Projekt hat eine Laufzeit von drei Jahren und wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt rund drei Millionen Euro gefördert.
Neben WWU-Forschern aus dem MEET und aus der Wirtschaftschemie sind Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Forschungszentrum Jülich dabei sowie vom Helmholtz-Institut "Ionics in Energy Storage" in Münster (HI MS), von der Technischen Universität Braunschweig und von der Justus-Liebig-Universität Gießen. Der Projekttitel lautet "BenchBatt – Benchmarking und Evaluation der Leistungsfähigkeit und Kosten von Hochenergie- und Hochvolt-Lithium-Ionen-Batterien im Vergleich zu Post-Lithium-Ionen-Technologien".
Im Vergleich zu Lithium-Ionen-Batterien hätten nachfolgende Batterie-Generationen sehr viel höhere Energiedichten pro Batteriegewicht, so hoffen Experten. Die Herausforderungen: Bislang wären diese Batterien aufgrund ihres höheren Raumbedarfs noch nicht konkurrenzfähig, wenn der Platz begrenzt ist – beispielsweise in Elektroautos. Außerdem befindet sich die Entwicklung dieser Systeme noch im Stadium der Grundlagenforschung.
Zu den Kandidaten für die Batterien von morgen gehören neben dem Lithium-Luft- und dem Lithium-Schwefel-System auch Natrium-basierte Batterien sowie Feststoffbatterien ("all-solid-state batteries"). "Bis zur Marktreife gilt es, zahlreiche Herausforderungen zu meistern, darunter hohe Selbstentladungsraten und eine geringe Lebensdauer", so die Einschätzung von Prof. Dr. Martin Winter, wissenschaftlicher Leiter des MEET und Direktor des HI MS.
"'BenchBatt' wird es ermöglichen, die zukünftige Konkurrenzfähigkeit der Batterie-Technologien der nächsten Generation frühzeitig, realistisch und wissenschaftlich fundiert einzuschätzen – unter anderem hinsichtlich der Energiedichte, der Kosten und Ressourcenverfügbarkeit", erläutert Dr. Richard Klöpsch, Projektleiter am MEET. Dafür werden die Wissenschaftler die modernste Generation energieoptimierter Lithium-Ionen-Batteriesysteme den Systemen der nächsten Generation gegenüberstellen, und zwar theoretisch und experimentell auf Material-, Prozess- und Zellebene.