Um die Material- und Prozesstechnologie weiterzuentwickeln, hat das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Kompetenzcluster „FestBatt“ eingerichtet, das ab September 2018 mit insgesamt knapp 16 Millionen Euro für eine dreijährige Phase gefördert wird. Beteiligt sind 14 wissenschaftliche Einrichtungen: Universitäten, darunter die koordinierende Justus-Liebig-Universität Gießen, Helmholtz-Zentren wie das Forschungszentrum Jülich und Institute der Fraunhofer-Gesellschaft.
In FestBatt sollen zunächst grundlegende Materialfragen geklärt sowie stabile und hochwertige Festelektrolyte hergestellt und elektrochemisch charakterisiert werden. Dies dient Industrieunternehmen und anwendungsnahen Instituten als Grundlage für eine Bewertung der verschiedenen Konzepte. Im nächsten Schritt soll die Entwicklung von Festkörperbatterien bis hin zum Bau von Vollzellen auf der Basis dieser Elektrolyte im Mittelpunkt stehen.
Das Forschungszentrum Jülich ist am Kompetenzcluster FestBatt mit unterschiedlichen Aktivitäten beteiligt und erhält in diesem Rahmen Förderungen von insgesamt 3,85 Millionen Euro. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Forschungszentrums leiten zwei der insgesamt drei Materialplattformen, die sich mit verschiedenen Klassen von Festelektrolyten beschäftigen.
Der Elektrolyt ist die zentrale Komponente einer Batterie. Er ermöglicht die Bewegung elektrischer Ladungsträger im Innern einer Batterie und ist damit ein ganz entscheidender Faktor für deren Kapazität und Leistungsfähigkeit. Herkömmliche Batterien enthalten einen flüssigen Elektrolyten, in dem sich elektrisch geladene Atome und Moleküle, sogenannte Ionen, befinden. In Festkörperbatterien ist dagegen ein Feststoff verbaut, der nur für bestimmte Ionenarten durchlässig ist. Die Verwendung eines festen Elektrolyten bringt mehrere Vorteile mit sich: Die Zellen können bei Unfällen und Defekten nicht auslaufen oder – wie gängige Lithium-Ionen-Batterien – in Brand geraten. Zudem sind sie deutlich weniger temperaturempfindlich, was auf eine lange Lebensdauer schließen lässt.
Prof. Martin Winter aus dem Helmholtz-Institut Münster (IEK-12), das als Außenstelle des Forschungszentrums Jülich betrieben wird, ist Stellvertretender Koordinator von FestBatt. Gleichzeitig leitet er die Entwicklung von Elektrolyten aus festen Polymeren. Die Materialklasse verfügt über besonders flexible elektrische und mechanische Eigenschaften, die sich durch Zusätze präzise einstellen lassen.
Prof. Olivier Guillon vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-1) koordiniert im Kompetenzcluster die Entwicklung von Festelektrolyten auf Basis von Oxiden und Phosphaten. Die Stoffgruppe umfasst vergleichsweise kostengünstig produzierbare Materialien, die sich durch eine relativ hohe Leitfähigkeit und Stabilität auszeichnen.
Ebenfalls am Projekt beteiligt sind Wissenschaftler um Prof. Josef Granwehr vom Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-9). Sie tragen mit ihrer Expertise im Bereich der spektroskopischen Charakterisierung zu einer der beiden methodischen Plattformen des Kompetenzclusters bei.
