Mit größeren Speicherkapazitäten und kürzeren Ladezeiten könnten Feststoffbatterien zukünftig herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien leistungstechnisch übertreffen. Die Grundlagen dafür hat das Batterie-Kompetenzcluster FestBatt unter Beteiligung von Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) erarbeitet. In einer zweiten Förderphase wollen die Forscherinnen und Forscher nun komplette Batteriesysteme und Methoden für die Produktion entwickeln, teilte das KIT zum Jahresauftakt 2022 mit. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Vorhaben mit rund 23 Millionen Euro seit November 2021 für drei Jahre.
Eine Weiterentwicklung der Lithium-Ionen-Batterie könnte der Elektromobilität schon in wenigen Jahren den entscheidenden Anstoß geben. Davon ist Professor Helmut Ehrenberg, Koordinator der Plattform Charakterisierung im Kompetenzcluster FestBatt vom Institut für Angewandte Materialien (IAM) des KIT überzeugt: „Festkörperbatterien kommen ohne flüssige und brennbare Elektrolyten aus, ihre Chemie ermöglicht höhere Energiedichten sowie kürzere Ladezeiten. Zudem kann auf giftige und seltene Materialien wie Kobalt verzichtet werden.“
2018 nahm das Kompetenzcluster FestBatt die Arbeit auf. Die Forschungsarbeit im Auftrag der Bundesregierung findet in einem starken internationalen Wettbewerb statt. Um Zukunftsmärkte für Europa möglichst rasch zu öffnen, bündelte die Bundesregierung mit FestBatt die Kompetenzen von 17 wissenschaftlichen Einrichtungen. Darunter befinden sich Universitäten, Helmholtz-Institute sowie Institute der Fraunhofer-Gesellschaft und der Max-Planck-Gesellschaft, deren Arbeiten gesamtheitlich die Justus-Liebig-Universität Gießen koordiniert.
Erste Schritte zur Massenproduktion
Im Mittelpunkt der zweiten Förderphase von FestBatt soll die Entwicklung von Zellkomponenten und ganzen Festkörperbatteriezellen auf der Basis vielversprechender Elektrolyte stehen. Auf der Agenda steht ebenfalls die Entwicklung von Material- und Prozesstechnologien. Bis zu einer Massenproduktion von Feststoffbatterien gilt es laut KIT allerdings noch eine Reihe von wissenschaftlichen und technologischen Herausforderungen zu lösen.
Unter dem Dach der Methodenplattform Charakterisierung arbeiten das Forschungszentrum Jülich, die Universität Marburg, die Justus-Liebig-Universität Gießen und das KIT, das die Plattform koordiniert. Gemeinsam wollen diese Forschungseinrichtungen jetzt Charakterisierungen von Kontakt- und Grenzflächen mit Röntgen-, Synchrotron und Neutronenstrahlung sowie verschiedener Mikroskopietechniken an komplexen Mehrphasensystemen durchführen.
Eine Forschungsgruppe am KIT kümmert sich dabei um Kathodenmaterialien, die mit besonderen Schutzschichten versehen sind. Diese Materialien will sie zunächst den Partnern innerhalb der Plattform und dann allen Beteiligten an Verbundprojekten von FestBatt als Referenzmaterial zur vollständigen Charakterisierung zur Verfügung stellen.
