25.05.2020
Das „Center for Electrochemical Energy Storage Ulm-Karlsruhe“ (CELEST) veranstaltet vom 25. bis 26. Mai 2020 seine erste web-basierte Wissenschaftskonferenz, um Perspektiven für zukünftige Batterien in Europa zu erörtern.
25.-26. Mai 2020: Erste Webkonferenz zu europäischen Perspektiven für Batterien der Zukunft (BATTERY 2030+)
25. Mai, 13:00 – 17:10 Uhr
26. Mai, 09:00 – 12:10 Uhr
Die Konferenz wird die in Europa durchgeführten Forschungsarbeiten im Zusammenhang mit der neu eingeführten Roadmap BATTERY 2030+ darstellen. Ziel ist es, die wissenschaftlichen Diskussionen innerhalb der BATTERY 2030+-Community als Grundlage für die nächste Phase der groß angelegten Forschungsinitiative anzustoßen.
Konferenzprogramm: Battery2030+_European_Perspectives_on_Future_Batteries
Die Vision von BATTERY 2030+ ist es, die Batterien der Zukunft zu erfinden und der europäischen Industrie disruptive Technologien und einen Wettbewerbsvorteil über die gesamte Wertschöpfungskette hinweg zu verschaffen. BATTERY 2030+ wird ultrahochleistungsfähige, zuverlässige, sichere, nachhaltige und erschwingliche Batterien durch einen interdisziplinären, transformativen Forschungsansatz verfolgen und Fortschritte in den Bereichen künstliche Intelligenz, Robotik, Sensoren und intelligente Systeme nutzen. Die von BATTERY 2030+ entwickelte bahnbrechende Wissenschaft und Technologie wird einen unschätzbaren Einfluss auf den laufenden Übergang zu einer klimaneutralen und Kreislaufwirtschaft haben.
CELEST ist eine der ehrgeizigsten Forschungsplattformen in der Batterieforschung weltweit. Die Plattform zielt darauf ab, die Kommunikation und Zusammenarbeit zwischen den beteiligten Wissenschaftlern zu verbessern und den Weg für neue, interdisziplinäre Kooperationen zu ebnen. CELEST koordiniert gemeinsame Aktivitäten mit anderen Universitäten und Forschungseinrichtungen sowie mit der Industrie im In- und Ausland.
09.04.2020
Um die Batterien der Zukunft zu entwickeln, haben Partner aus Wissenschaft und Industrie aus ganz Europa die Forschungsinitiative BATTERY 2030+ auf den Weg gebracht. Eine Roadmap präzisiert nun die Meilensteine: eine gemeinsame Plattform zur Materialentwicklung mithilfe Künstlicher Intelligenz (KI), vernetzte Sensoren und Selbstheilungstechnologie für Batterien sowie nachhaltige Herstellungs- und Recyclingverfahren. Über die Forschungsplattform CELEST ist das HIU, das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Ulm sowie das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) an dem Konsortium beteiligt.
Roadmap für die #Batterieforschung ? in Europa ??: Die europäische Forschungsinitiative BATTERY 2030+ präsentiert ihre Ziele – Forschungsplattform CELEST mit KIT, Universität Ulm und ZSW beteiligt. https://t.co/ASxHKFKQlq pic.twitter.com/yUeE1vu0YN
— KIT Karlsruhe (@KITKarlsruhe) April 9, 2020
Der Wandel zur klimaneutralen Gesellschaft erfordert grundlegende Veränderungen in der Art und Weise, wie wir Energie erzeugen, nutzen – und speichern. Leistungsstarke Batteriespeicher, die gleichzeitig nachhaltig, sicher und günstig sind, sind das Ziel der europäischen Forschungsinitiative BATTERY 2030+. Nun haben die beteiligten Forschungsinstitutionen und Unternehmen eine Roadmap veröffentlicht, die sowohl die Eigenschaften der Batterien der Zukunft definiert, als auch Maßnahmen zur Beschleunigung der Entwicklung aufführt. Dabei werden drei Hauptforschungsrichtungen identifiziert: „Wir wollen die Suche nach neuen Materialien und dem richtigen Materialmix beschleunigen, neuartige Funktionen auf den Weg bringen sowie Herstellungs- und Recyclingkonzepte etablieren“, sagt Professor Maximilian Fichtner, Stellvertretender Direktor am Helmholtz-Institut Ulm und wissenschaftlicher Sprecher des Zentrums für Elektrochemische Energiespeicherung Ulm-Karlsruhe (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe, kurz CELEST). „Mit BATTERY 2030+ bringen wir nun die Expertise auf den jeweiligen Teilgebieten in ganz Europa zusammen und arbeiten koordiniert. So haben wir die Chance, in der Batterieentwicklung weltweit vorne mitzumischen, auch im Wettbewerb mit den USA und Asien.“
Beschleunigte Materialentwicklung mit Künstlicher Intelligenz
Um zu lernen, wie sich bestimmte Materialien verhalten und wie sie eingesetzt werden müssen, um bestimmte Eigenschaften hervorzurufen, soll mit Battery 2030+ zunächst eine weltweit einzigartige Hochdurchsatzanlage (MAP, Materials Acceleration Platform) aufgebaut werden. Die Kombination von automatisierter Synthese, Charakterisierung und Materialmodellierung sowie Data-Mining-Techniken und KI in der Versuchsauswertung und -planung soll die Entwicklung von neuen Batteriematerialien entscheidend beschleunigen. Aufbauend auf dieser gemeinsamen Plattform wird sich BATTERY 2030+ an die Analyse der Eigenschaften von Materialschnittstellen machen, etwa der Schnittstelle zwischen Elektrode und Elektrolyt oder zwischen aktivem Material und unterschiedlichen Zusätzen. Dieses „Schnittstellengenom“ (BIG, Battery Interface Genome) soll den Forscherinnen und Forschern dabei helfen, vielversprechende Ansätze für neue, hochleistungsfähige Batterien zu entwickeln.
Intelligente Funktionalitäten und ein nachhaltiger Entwicklungsprozess
Externe Faktoren wie extreme Temperaturen, mechanische Beanspruchung, übermäßige Leistung während des Betriebs oder einfach nur die Alterung im Laufe der Zeit wirken sich nachteilig auf die Leistung einer Batterie aus. Die Forscherinnen und Forscher von BATTERY 2030+ haben sich deshalb vorgenommen, gemeinsam intelligente und vernetzte Sensorkonzepte zu entwickeln, die zukünftig chemische und elektrochemische Reaktionen direkt in der Batteriezelle beobachten sollen. Sie könnten frühe Stadien des Batterieversagens oder unerwünschte Nebenreaktionen entdecken, die zur Batteriealterung führen. Außerdem sollen die Batterien der nächsten Generation mit „Selbstheilungskräften“ ausgestattet werden: Schäden im Inneren einer Batterie, die sonst zu einem Batterieversagen führen, können durch geschickten Materialeinsatz ausgeglichen werden. Durch Sensoren und Selbstheilung sollen die Batterien zukünftig noch zuverlässiger und ausdauernder werden. So werden auch gebrauchte Zellen von hoher Qualität für einen zweiten Einsatz attraktiv. Außerdem verfolgt Battery 2030+ bereits bei der Entwicklung das Ziel einer möglichst großen Nachhaltigkeit. Parameter wie ressourcensparende Herstellbarkeit, die Recyclingfähigkeit, kritische Rohstoffe und Toxizität fließen direkt in die Algorithmen der MAP-basierten Entwicklung neuer Batteriekonzepte ein.
Die ersten Vorhaben aus der Roadmap für BATTERY 2030+ wurden von der EU bereits bewilligt und können nun starten. CELEST ist dabei entscheidender Akteur im Projekt zur beschleunigten Materialentwicklung, Modellierung und Datenauswertung mittels KI sowie der damit verbundenen autonomen Robotik.
Zur Roadmap: https://battery2030.eu/research/roadmap/
Über das Konsortium BATTERY 2030+
Zum Konsortium von BATTERY 2030+ gehören neben dem KIT und der Universität Ulm fünf Universitäten: die Universität Uppsala (Koordinator), das Polytechnische Institut Turin, die Technische Universität Dänemark, die Freie Universität Amsterdam und die Universität Münster; mehrere Forschungszentren: das Französische Forschungszentrum für Alternative Energien und Kernenergie CEA, das Französische Nationale Zentrum für wissenschaftliche Forschung CNRS, das Forschungszentrum Jülich, die Fraunhofer-Gesellschaft, Fundacion Cidetec, das Nationale Institut für Chemie Slowenien, die Organisation für angewandte und technische Forschung Norwegen; sowie die Industriefachverbände EMIRI, EASE und RECHARGE und das Unternehmen Absiskey. Unterstützung erhält das Konsortium von offiziellen europäischen und nationalen Gremien, unter anderem von ALISTORE ERI, EERA, EIT InnoEnergy, EIT RawMaterials, EARPA, EUROBAT, EGVI, CLEPA, EUCAR, KLIB, RS2E, vom Schwedischen Zentrum für Elektromobilität, von PolStorEn, ENEA, CIC energigune, IMEC und dem Tyndall National Institute.
Über die Forschungsplattform CELEST
Die Forschungsplattform CELEST (Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe) wurde 2018 von den Partnern KIT, Universität Ulm und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) zur strategischen Zusammenarbeit gegründet und zählt im internationalen Vergleich zu den größten Aktivitäten in der Batterieforschung. 45 Arbeitsgruppen aus 29 Instituten des KIT, der Universität Ulm und des ZSW bringen ihre komplementäre Expertise in die Plattform CELEST ein – von der Grundlagenforschung über die praxisnahe Entwicklung bis zum Technologietransfer. CELEST ist in drei Forschungsfeldern aktiv: Lithium-Ionen-Technologie, Energiespeicherung jenseits von Lithium sowie alternative Techniken zur elektrochemischen Energiespeicherung und –konversion.
06.04.2020
Die zwölfte internationale Batterie-Konferenz ABAA (Advanced Lithium Batteries for Automobile Applications) fand im Oktober 2019 in Ulm statt. Nun stellten Teilnehmer, politische Entscheidungsträger aus China, Deutschland, Japan, der Europäischen Kommission und den USA, eine ausführliche Vision zur Weiterentwicklung der Batterietechnologie vor.
Diese Vision ist in einem Artikel im „Journal of Power Sources“ erschienen, in dem die auf der Konferenz vorgestellten Entwicklungstrends und die derzeitige Verbreitung von Elektrofahrzeugen im Massenmarkt beschrieben werden: „Bringing forward the development of battery cells for automotive applications: Perspective of R&D activities in China, Japan, the EU and the USA“ (Das Manuskript ist bis zum 19. Mai 2020 kostenlos verfügbar).
Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens (ZSW), Prof. Stefano Passerini (HIU) und Dr. Khalil Amine (IALB / Argonne National Laboratory, USA) leiteten die Konferenz.
Zu den Rednern gehörte der renommierte Chemiker M. Stanley Whittingham, der als einer der Väter der Lithium-Ionen-Technologie gilt. Er wurde am 09.10.2019 auf der ABAA-Konferenz in Ulm darüber unterrichtet, dass er den Nobelpreis in Chemie bekommen würde.
Aufgrund der COVID-19-Pandemie fanden im Sommersemester 2020 keine HIU-Seminare statt.
18.02.2020
„Wie lade ich meinen Handyakku am schonendsten auf?“, „Wie löscht die Feuerwehr den Brand eines E-Autos?“, „Was hat die Energiewende überhaupt mit Batterien zu tun?“ Diese und weitere Fragen durften 60 Schülerinnen und Schüler am 18.02.2020 drei HIU-Doktoranden stellen. Die zehnten Klassen des Johann-Vanotti-Gymnasiums aus Ehingen waren zu Gast am Helmholtz-Institut Ulm (HIU), um sich über neue Batterien und Batteriekonzepte zu informieren.
Der Geschäftsführer des Helmholtz-Instituts Ulm, Herr Dr. Heribert Wilhelm, eröffnete den Besuchstermin mit einem Kurzvortrag über „die Rolle von Batterien in Zeiten des Klimawandels“. Anschließend standen die drei HIU-Doktoranden Linda Bolay (DLR), Mathias Künzel und Dominik Steinle Rede und Antwort für die Fragen der Schülerinnen und Schüler.
Warum eigentlich Batterieforschung?
Energie aus erneuerbaren Quellen – wie beispielsweise Wind und Sonne – muss zwischengespeichert werden, da sie nicht jederzeit zur Verfügung steht. Gleichzeitig benötigen Elektroautos einen Speicher, um die zur Fortbewegung nötige elektrische Energie verfügbar zu machen. Effiziente Lösungen hierfür bieten Batterien, die Strom zwischenspeichern sowie wieder abgeben können. Je verlustfreier diese Batterien arbeiten, desto bedeutender ihre Rolle in der Energiewende.
Ziel des Helmholtz-Instituts Ulm
Ein Schüler fragt direkt nach: „Was ist denn das Ziel?“ Nun: Das HIU greift grundlegende Fragestellungen elektrochemischer Speicher auf und entwickelt darauf aufbauend neue Materialien und Zellkonzepte. Ziel des HIU ist es, zukunftsfähige elektrochemische Energiespeicher der nächsten und übernächsten Generation zu entwickeln, also Speicher, die mehr Energie speichern und leistungsfähiger, leichter, langlebiger, sicherer und kostengünstiger sind als herkömmliche Systeme.
Nach den Vorträgen und Workshops durften die rund 60 Schülerinnen und Schüler die Physik- und Chemielabore des Instituts besichtigen. Hier konnten sie erfahren, wie der Alltag eines Batterieforschers aussieht.
Einladung: Für einen Tag Batterieforscher*in
Girls‘ Day: 26. März 2020
Du möchtest auch in den Beruf eines Batterieforschers hineinschnuppern? Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) bietet regelmäßig Einblick sein Innenleben. Am HIU forschen rund 120 Physiker*innen und Chemiker*innen an zukünftigen Batterien für Elektroautos, Laptops, Smartphones.
Wie genau sie das machen, zeigen sie in ihren Laboren: Workshop-Teilnehmerinnen dürfen eine eigene Batterie bauen, und unter Schutzgas an Handschuhboxen arbeiten. Die Besucherinnen dürfen an einem Rasterelektronenmikroskop verschiedene Materialien untersuchen und Bilder davon mitnehmen.
09.12.2019
Professor Horst Hahn, HIU-Gründungsdirektor und Direktor des Instituts für Nanotechnologie am KIT, wurde zum Fellow der National Academy of Inventors (NAI) in den USA gewählt. Er wird die Auszeichnung im April 2020 bei der jährlichen Versammlung der NAI in Phoenix, Arizona, erhalten.
Horst Hahn erforscht auf dem Gebiet der Materialwissenschaft unter anderem die Synthese von Nanomaterialien und Nanostrukturen sowie deren Charakterisierung und Eigenschaften. Er konzentriert sich neben der grundlegenden Forschung auch auf anwendungsrelevante Themen wie neue Batteriematerialien, Materialien für druckbare Elektronik und Nanomaterialien für Katalyse.
Die National Academy of Inventors wurde 2010 nach dem Vorbild der National Academy of the United States gegründet. Die rund 4000 internationalen Mitglieder der Organisation, davon 1060 gewählte Fellows, stammen aus mehr als 250 Institutionen weltweit. Das Fellow-Programm zeichnet akademische Forscher aus, die durch ihre herausragenden Erfindungen einen „spürbaren Einfluss auf die Lebensqualität, die wirtschaftliche Entwicklung und das Wohlergehen der Gesellschaft“ haben. Die Aufnahme in das Fellow-Programm der NAI ist die höchste berufliche Auszeichnung für akademische Erfinder.
21.11.2019
09:30-17:00 Uhr
Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) richtet gemeinsam mit dem Helmholtz-Institut Münster (HI-MS) den Workshop „Theory Meets Experiment“ in Ulm aus.
Veranstaltungsort:
Helmholtz Institute Ulm
Electrochemical Energy Storage (HIU)
Helmholtzstraße 11
89081 Ulm
Flyer: TheoryMeetsExperiment_21.11.2019.pdf
Teilnehmerzahl: 80 Personen
Registrierung: kostenlos
18.11.2019
16.00-18.00 Uhr
Der Bundesverband der Mittelständischen Wirtschaft (BVMW) und die Projektentwicklungs GmbH Ulm (PEG) laden zur Veranstaltung „Wirtschaft trifft Wissenschaft“ ins Helmholtz-Institut Ulm (HIU) ein.
Veranstaltungsort:
Helmholtz Institute Ulm
Electrochemical Energy Storage (HIU)
Helmholtzstraße 11
89081 Ulm
Link: Eventflyer Wirtschaft_trifft_Wissenschaft
Registrierung:
Herr Karl-Heinz Raguse
11.10.2019
Am Helmholtz-Institut in Ulm haben Batterieforscher erstmals Elektrolyte für Calciumbatterien mit brauchbaren Eigenschaften bei Raumtemperatur entwickelt.
Dr. Zhirong Zhao-Karger und Dr. Zhenyou Li gelang es, vielversprechende Elektrolyte für Calciumbatterien herzustellen. Batterien auf Basis von Calcium versprechen eine günstige Herstellung und eine hohe Energiedichte. Diese Technologie aus dem Labor besitzt das Potenzial, als Energiespeicher der Zukunft die Lithium-Ionen-Technologie abzulösen. Mit den bislang verfügbaren Elektrolyten gelang es aber nicht, Calciumbatterien bei Zimmertemperatur aufzuladen.
Erst effiziente, große und kostengünstige Energiespeicher eröffnen die Möglichkeit einer flächendeckenden Umstellung auf emissionsfreie Mobilität und Stromversorgung. Die heute dominierende Lithium-Ionen-Technologie könne diese Aufgabe in globalem Maßstab nicht erfüllen, so Professor Maximilian Fichtner (HIU), dessen Forschungsgruppe Calciumbatterien und weitere Speichertechnologien erforscht. „Lithium-Ionen-Batterien kommen von ihrer Performance und manchen darin verwendeten Rohstoffen mittelfristig an ihre Grenzen und könnten dann nicht überall dort eingesetzt werden, wo im Rahmen der Energiewende Energiespeicher sinnvoll wären. Wir verfügen nur über begrenzte Vorkommen von Rohstoffen wie Kobalt, Nickel und Lithium, die für die Herstellung notwendig sind.“ Stattdessen setzen er und sein Team auf alternative Batterietechnologien. Diese basieren auf Rohstoffen, die auf der Erde viel häufiger vorkommen. Das Element Calcium hält er dabei für einen vielversprechenden Kandidaten, da Calcium etwa im Gegensatz zu Lithium zwei Elektronen pro Atom ab- und aufnehmen kann und weil es eine ähnliche Spannung liefert wie Lithium: „Calcium ist das fünfthäufigste Element in der Erdkruste. Es ist gleichmäßig auf der Erde verfügbar und bietet den Vorteil sicher, ungiftig und kostengünstig zu sein.“
Suche nach geeignetem Elektrolyt
Doch bei der Entwicklungsarbeit zur Calciumbatterie gab es bislang eine große Hürde: Im Gegensatz zur etablierten Lithium-Ionen-Technologie oder auch der neueren Natrium- oder der Magnesium-Technologie existierten bislang keine praktikablen Elektrolyte, um wiederaufladbare Calciumbatterien herzustellen. „Erst seit wenigen Jahren existieren überhaupt experimentelle Elektrolyte und damit Prototypen der Calciumbatterie“, erklären Dr. Zhenyou Li, Erstautor der Studie, und Dr. Zhirong Zhao-Karger, Projektleiterin. Beide arbeiten im Exzellenzcluster POLiS (Post Lithium Storage Cluster of Excellence) am HIU. „Diese ermöglichen einen Ladevorgang aber erst bei Temperaturen jenseits der 75 Grad Celsius und sind dabei noch anfällig für unerwünschte Nebenreaktionen.“
Es gelang den Forschern, eine Klasse neuer Elektrolyte auf Basis spezieller, organischer Calciumsalze zu synthetisieren, mit denen Ladevorgänge auch bei Zimmertemperatur möglich sind. Am Beispiel des neuen Elektrolyts Calciumtetrakis [hexafluoroisopropyloxy]borat konnten die Forscher nachweisen, dass Calciumbatterien mit hoher Energiedichte, Speicherkapazität und Schnellladefähigkeit möglich sind. Ihre Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Energy & Environmental Science vorgestellt.
Calciumbatterien als nachhaltige Energiespeicher
Die neue Elektrolytklasse schafft nun eine wichtige Grundlage, um Calciumbatterien aus dem Labor in die Anwendung zu führen. In Elektroautos, mobilen Elektronikgeräten und stationären Netzspeichern könnten sie eines Tages die bislang dominierende Lithium-Ionen-Batterie ersetzen. Allerdings könnte das noch eine Weile dauern: „Die neuen Elektrolyte sind ein erster wichtiger Schritt“, betont Fichtner. „Bis zur marktreifen Calciumbatterie haben wir noch einen weiten Weg vor uns.“
Originalpublikation
Zhenyou Li, Olaf Fuhr, Maximilian Fichtner, Zhiron Zhao-Karger: Towards stable and efficient electrolytes for room-temperature rechargeable calcium batteries. Energy & Environmental Science, 2019. DOI: 10.1039/c9ee01699f.
09.10.2019
Nobelpreisträger wird auf Konferenz über Auszeichnung informiert
Die Ulmer Batteriekonferenz ABAA12 (Advanced Lithium Batteries for Automobile Applications) neigte sich schon seinem Ende zu, als sich die Mitteilung aus Stockholm im Publikum herumsprach. Ein anwesender Konferenzteilnehmer war am späten Vormittag mit dem Nobelpreis ausgezeichnet worden.
Spontaner Jubel und minutenlanger Applaus für den frischgebackenen Preisträger: M. Stanley Whittingham – selbst erst wenige Minuten zuvor per Telefonanruf von seiner Auszeichnung unterrichtet worden – saß seelenruhig im Publikum der ABAA12-Konferenz, als die Nachricht um die Welt ging. Er war zusammen mit John B. Goodenough und Akira Yoshino um 11:45 Uhr für Ihre Erfindung der Lithium-Ionen-Batterie mit dem diesjährigen Chemie-Nobelpreis geehrt worden.
Stanley Whittingham galt als einer der frühesten Lithium-Batterie-Forscher weltweit. Diese Lithium-Ionen-Batterien stecken heute in nahezu allen tragbaren Elektrogeräten, E-Autos und stationären Speichern. Sein persönlicher Forschungsbeitrag war eine ganze Reihe von Material-Innovationen: Nicht nur waren die Lithium-Batterien wesentlich leichter als ihre Vorgänger, sie konnten auch viele Male geladen und entladen werden.
Whittingham entwickelte die erste funktionsfähige Lithium-Batterie in den frühen 1970er Jahren. Goodenough war für die Entwicklung weitaus leistungsfähigerer Batterien verantwortlich. Yoshino produzierte 1985 die erste kommerziell nutzbare Lithium-Ionen-Batterie.
Die ABAA12-Konferenz ist eine internationale Konferenz mit wechselnden Veranstaltungsorten auf allen Kontinenten. Die Konferenz wurde von Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens (ZSW), Prof. Stefano Passerini (HIU) und Dr. Khalil Amine (IALB / Argonne National Laboratory, USA) geleitet.
Als Alleinstellungsmerkmal der ABAA12-Konferenz galt die Verbindung zwischen Wissenschaft, Industrie und Politik. Rund 380 Teilnehmer aus 30 Nationen – darunter namhafte Wissenschaftler, politische Entscheidungsträger sowie Vertreter der Automobilindustrie debattierten über vier Tage über aktuelle Trends im Zusammenhang mit Lithium-Ionen-Batterien.
