10.10.2018
Zum 1. Oktober hat die Direktion des Instituts gewechselt. Prof. Stefano Passerini übernimmt das Amt des Direktors und der bisherige Direktor Prof. Maximilian Fichtner wird sein Stellvertreter. Eine Rotation ist laut Satzung turnusmäßig alle drei Jahre vorgesehen. Vor drei Jahren löste Prof. Fichtner den Gründungsdirektor Prof. Horst Hahn ab.
„In den wenigen Jahren seit seiner Gründung hat das HIU in Deutschland ein herausragendes Niveau erreicht, wie das Top-Ranking innerhalb der Helmholtz-Gemeinschaft und die führende Rolle, die es in dem kürzlich bewilligten, im Rahmen der nationalen Exzellenzinitiative geförderten Post-Lithium-Batterie-Projekt spielt, sowie weltweit, wie die große Zahl hochwertiger wissenschaftlicher Publikationen, die Teilnahme an mehreren internationalen bi- und multilateralen Forschungsprojekten und die Unterzeichnung einer Absichtserklärung mit hochrangigen Laboren wie dem Argonne National Laboratory in den USA zeigen“, sagte Stefano Passerini. Die Einrichtung von zwei Nachwuchsforschergruppen zeige außerdem die Vitalität des Instituts für die zukünftige Entwicklung. Durch diese lebhafte Entwicklung habe das Institut trotz der erst Ende 2014 erfolgten Gebäudeeinweihung bereits seine Vollauslastung bei den verfügbaren Labor- und Büroflächen erreicht. Er hoffe daher, dass die HIU-Gründungspartner (KIT, UniUlm, DLR und ZSW) das Institut in naher Zukunft weiter ausbauen können.
Stefano Passerini ist seit Januar 2014 als Professor am HIU tätig und leitet die größte Forschungsgruppe am Institut. Er arbeitet seit 30 Jahren an der Entwicklung von Materialien und Systemen für elektrochemische Energiespeicherung. Mit seiner Forschung konzentriert er sich auf das grundlegende Verständnis und die Entwicklung von Materialien für Lithium-Batterien, wie z.B. ionische Flüssigkeiten, Polymer Elektrolyte und Elektrodenmaterialien. Passerini ist Mitverfasser von über 500 Veröffentlichungen und im dritten Jahr in Folge einer der meistzitiertesten Forscher auf seinem Gebiet. Zudem hat bereits etliche neuentwickelte Materialien patentieren lassen.
„Ich bedanke mich für die großartige Zusammenarbeit, die so fruchtbar war in den letzten Jahren und ich wünsche mir, dass wir am HIU diesen erfolgreichen Weg fortführen“, sagte Prof. Fichtner im Rahmen der Übergabe. In seine Amtszeit fiel die Bewilligung des Exzellenzcluster „Energiespeicherung jenseits von Lithium – neue Speicherkonzepte für eine nachhaltige Zukunft“, dessen Sprecher er ist und an dem das HIU über das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) partizipiert. Gleichzeitig verantwortete er maßgeblich die Gründung eines der weltweit größten Forschungsverbünde für Energiespeicherung namens CELEST, Center for Electrochemical Energy Storage, dem er ebenfalls als Direktor vorsteht.
Im Seminar des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) teilen herausragende internationale Batterieforscher ihre wissenschaftlichen Erkenntnisse und technologischen Erfindungen mit den Ulmer Wissenschaftlern und Studenten. Das Seminar findet jeden Dienstag um 14:00 Uhr während der Vorlesungszeit statt.
10.10.2018
PD Fabienne Gschwind
Umicore, Group Research & Development, Olen, Belgium
16.10.2018
Prof. Petr Novák
Paul Scherrer Institut PSI, Villigen PSI, Switzerland
23.10.2018
Prof. Volker Presser
Leibniz Institute for New Materials, Saarbrücken, Germany
06.11.2018
Prof. Perla Balbuena
Texas A&M University, College Station, USA
13.11.2018
Prof. Oliver Clemens
Technische Universität Darmstadt, Germany
20.11.2018
Dr. Jean-Francois Drillet
DECHEMA-Forschungsinstitut, Frankfurt, Germany
22.11.2018
Prof. William S. Price
Western Sydney University, Australia
27.11.2018
Dr. Marcel Risch
Institute of Materials Physics, University of Göttingen, Germany
04.12.2018
Prof. Nigel Brandon
Imperial College, London, UK
11.12.2018
Prof. Joachim Maier
Max Planck Institute for Solid State Research, MPI Stuttgart, Germany
18.12.2018
Dr. Olaf Böse
Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg ZSW
2019
15.01.2019
Prof. Winter
Helmholtz-Institut Münster (HIMS)
22.01.2019
Prof. Rüdiger-A. Eichel
Forschungzentrum Jülich, Jülich, Germany
29.01.2019
Prof. Barbara Kirchner
Mulliken Center for Theoretical Chemistry, Bonn, Germany
27.09.2018
Welcher Elektrolyt ist für Magnesium Batterien am besten geeignet um schnelle Alterung und Dendritenbildung zu verhindern? Wie kann das Substrat zur Aufnahme des Aktivmaterials optimieren werden? Wie können die Prozesse in Magnesium Batterien durch Modellierung besser verstanden werden?
Diesen Fragen gehen rund 100 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen aus verschiedensten Ländern dieser Tage in Ulm nach: Sie nehmen am 2. International Symposium on Magnesium Batteries vom 27. bis zum 28. September im Maritim Hotel Ulm teil. Nach 2016 richtet das HIU das Symposium zu Magnesium Batterien zum zweiten Mal aus.
Das Symposium zielt darauf ab, den aktuellen Stand der Forschung zu diskutieren und Zukunftsszenarien aufzuzeigen. Die 24 Vorträge und noch mehr Poster des Symposiums befassen sich mit den Themen Elektrolyte und Additive, Elektroden Grenzflächen, Kathoden, Anoden, Modellierung und Systemen.
Im Vergleich zu Lithium kann Magnesium jeweils zwei Elektronen abgeben und aufnehmen, was es zu einem sehr interessanten Material für die Batterieforschung macht. Magnesium-Batterien stellen eine lithiumfreie Alternative auf dem Feld der „Hochspannungsbatterien“ dar. Die Vorteile liegen auf der Hand: Magnesium ist weniger reaktiv und damit weniger gefährlich. Bei Magnesium bilden sich während des Aufladens weniger Dendriten, die bei der Verwendung von Lithiummetall-Anoden die Hauptherausforderung im Sicherheitsbereich darstellen. Zudem ist es günstiger herzustellen, da es weniger schnell mit Luft reagiert als Lithiummetall und somit auch einfacher bearbeitet werden kann. Magnesium ist nachhaltiger als herkömmliche Batteriematerialien und in großen Mengen vorhanden, zum Beispiel in Form vom Gestein Dolomit, was niedrigere Preise zur Folge hat. Magnesium-Batterien könnten zudem als stationäre Energiespeicher, zum Beispiel in Windkraftwerken oder Solarfeldern, fungieren.
27.09.2018
Das Karlsruher Institut für Technologie (KIT), die Universität Ulm, das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-Württemberg (ZSW) sowie die Universität Gießen haben in der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder erfolgreich das Exzellenzcluster „Energiespeicherung jenseits von Lithium – neue Speicherkonzepte für eine nachhaltige Zukunft“ eingeworben. Ein Teil der siebenjährigen Förderung von bis zu 10 Millionen Euro jährlich kommt dabei auch dem HIU als gemeinsamem Institut von KIT und der Universität Ulm zugute. Die Clusterentscheidung gaben die Bundesministerin für Bildung und Forschung und Vorsitzende der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz (GWK), Anja Karliczek, und die Bremer Wissenschaftssenatorin und stellvertretende GWK-Vorsitzende, Professorin Eva Quante-Brandt, am 27.09.2018, in Bonn bekannt.
Im Zentrum des bewilligten Exzellenzclusters steht die Forschung zu leistungsstarken, zuverlässigen und umweltfreundlichen Speichern für die Energiewende und die Elektromobilität. Die Forschenden werden ein fundamentales Verständnis der elektrochemischen Energiespeicherung in neuartigen Systemen erarbeiten, grundlegende Materialeigenschaften mit kritischen Leistungsparametern verbinden und so die Grundlagen für die kommerzielle Nutzung von Post-Lithium-Technologien schaffen. Bei herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien ist die maximale Speicherkapazität nahezu erreicht. Um Fortschritte in der Leistungsfähigkeit zu machen, muss auch die Entwicklung neuer, alternativer Speichermaterialien und Konzepte vorangetrieben werden. Für einen weiteren signifikanten Sprung bei der Energiedichte von Batteriezellen werden neue elektrochemische Paarungen benötigt. Aus diesem Grund suchen Elektrochemiker, Materialwissenschaftler und Modellierer im bewilligten Cluster nach alternativen Ladungsträgern – zum Beispiel auf Basis von Natrium, Magnesium, Aluminium oder Zink.
„Bereits im Vorfeld der Clusterentscheidung haben die beiden Standorte Ulm und Karlsruhe beschlossen, generell enger auf dem Gebiet der elektrochemischen Speicherung zu kooperieren: Die Forschenden haben gemeinsamen einen der weltweit größten Forschungsverbünde für Energiespeicherung namens CELEST, Center for Electrochemical Energy Storage, gegründet. Dank des Exzellenzclusters mit etwa 100 zusätzlichen Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern wächst das Konsortium für die Erforschung alternativer Speichertechnologien noch weiter“, erklärte Maximilian Fichtner, Direktor des HIU und Sprecher des Exzellenzclusters.
Mit der Exzellenzstrategie soll der Forschungsstandort Deutschland gestärkt und die internationale Wettbewerbsfähigkeit der Universitäten gesteigert werden. Ab diesem Jahr stellen Bund und Länder 533 Millionen Euro pro Jahr für diese Ziele zur Verfügung. In der Förderlinie „Exzellenzcluster“ hatten 40 deutsche Universitäten 88 Anträge eingereicht, 57 davon hat die Exzellenzkommission nun zur Förderung ausgewählt. Insgesamt stehen für diese Förderlinie jährlich rund 385 Millionen Euro zur Verfügung. Exzellenzcluster können jährlich mit drei bis zehn Millionen Euro gefördert werden, dies zunächst für sieben Jahre. Förderbeginn ist der 1. Januar 2019. Ab 2026 ist eine zweite Förderperiode von wiederum sieben Jahren möglich.
27-28.09.2018
Maritim Hotel in Ulm, Germany
Magnesium batteries have attracted considerable attention by international research activities, because magnesium offers a number of attractive features for future batteries. The metal anode has nearly double the volumetric capacity of lithium metal, at a negative reduction potential of -2.37 Vs SHE. Moreover, a significant advantage of magnesium is the lack of dendrite formation during charging, which overcomes major safety challenges encountered with using lithium metal anodes. Several breakthroughs were achieved and important progress has been made in the last years, in particular in the development of electrolytes with mild chemistry and high efficiency and in the development of first conversion and intercalation-type cathodes. First fundamental studies have elucidated mechanisms of Mg intercalation or chemical interaction of the electrolyte with the electrodes.
The 2nd International Symposium on Magnesium Batteries addresses the research community in this rapidly growing field. It is the aim of the symposium to present and discuss the recent state-ofthe art and the progress in the field. There will be enough time for discussion of questions or controversial issues in the topic.
26.09.2018
Das HIU sucht zurzeit Bewerberinnen und Bewerber aus den Bereichen Elektrochemie, Chemie, Physik oder Materialwissenschaften für eine Tenure-Track-Professur für Angewandte Elektrochemie. Die Stelle mit einer eigenen Nachwuchsgruppe wird am HIU und an der KIT-Fakultät für Chemie und Biowissenschaften verortet sein. Diese Juniorprofessur (W1) mit Tenure-Track wird durch das „Bund-Länder-Programm zur Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses“ gefördert.
Schwerpunkte der neuen Forschungsgruppe werden Fragestellungen auf dem Gebiet der Entwicklung innovativer Speichermaterialien sein. Dazu zählen deren Synthese sowie die Untersuchung der physiko- und elektrochemischen Eigenschaften. Die Erforschung von Struktur-Wirkungsbeziehungen in elektrochemischen Speichern und deren Komponenten (Elektroden, Elektrolyt und deren Grenzflächen), insbesondere in Lithium-Ionen- und Post-Li-Ionen-Systemen, steht dabei im Vordergrund. Die umfangreiche Grundausstattung der Stelle, die Infrastruktur des HIU sowie die vielfältigen Kooperationsmöglichkeiten mit Forschungsgruppen an den Standorten Ulm und Karlsruhe ermöglichen erfolgreiche Forschung an einem international führenden Batterieforschungsinstitut.
Die Einstellung erfolgt auf vier Jahre und wird bei positiver Zwischenevaluation auf sechs Jahre verlängert. Bei positiver Endevaluation erfolgt ein Ruf auf eine unbefristete Professur.
Mit dem neuen Bund-Länder-Programm wird die Tenure-Track-Professur erstmals flächendeckend an den Universitäten in Deutschland etabliert. Für viele junge Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wird der Weg zur Professur erheblich transparenter und planbarer: Die Tenure-Track-Professur sieht nach erfolgreicher Bewährungsphase den unmittelbaren Übergang in eine Lebenszeitprofessur vor. Ziel ist es, bis zum Jahr 2032 insgesamt 1.000 Tenure-Track-Professuren zu fördern. Hierzu stellt der Bund ab 2017 insgesamt bis zu einer Milliarde Euro bereit.
Link: Stellenausschreibung in Nature
24.09.2018
Die Analyse des CO2-Fußabdrucks und der Lebenszykluskosten verschiedener Batterien für stationäre Anwendungen durch Forschende des HIU und des Instituts für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS), die in „Energy Technology“ erschien, wurde von der Zeitschrift als einer ihrer besten Artikel des Jahres 2017 ausgezeichnet.
Im Artikel CO2 Footprint and Life‐Cycle Costs of Electrochemical Energy Storage for Stationary Grid Applications (CO2-Fußabdruck und Lebenszykluskosten elektrochemischer Energiespeicherung für stationäre Netzanwendungen) werden die Lebenszykluskosten und Treibhausgasemissionen verschiedener Batterietechnologien in stationären Anwendungen ermittelt. Der Artikel ist ein Beitrag zur Sonderausgabe „Energy Research at Karlsruhe Institute of Technology“.
Die Autoren verwenden eine innovative Kombination aus Ökobilanzierung, Unsicherheitssimulation und Batteriegrößenoptimierung. Im Gegensatz zu früheren Arbeiten wenden sie dynamische Lastprofile für die Optimierung der Größe und Lebensdauer von Batterien an und berücksichtigen den möglichen Einfluss zukünftiger Technologieentwicklungen wie Änderungen im Strommix oder sinkende Batteriepreise. Lithium-Ionen-Batterien gehören aufgrund ihrer hohen Leistungsfähigkeit und vergleichsweise langen Lebensdauer zu den vielversprechendsten Batterietechnologien. Klassische Blei-Säure-Batterien sind zwar auf den ersten Blick billig, für stationäre Anwendungen aufgrund ihrer geringen Lebensdauer und Effizienz aber weniger empfehlenswert.
17.09.2018
Die HIU-Forschungsgruppe um Axel Groß hat es mit ihrer elementspezifischen Theorie – warum sich Batterie-Elektrodenmaterialien in ihrer Neigung zum Wachstum von Dendriten unterscheiden – auf das Backcover der Zeitschrift Energy & Environmental Science der Royal Society of Chemistry geschafft. Brennende Mobiltelefone oder in Flammen aufgehende Elektroautos gehen auf Dendritenbildung in Batterien zurück. Die Ergebnisse könnten helfen die Sicherheitsprobleme mit den strauchartigen Kristallstrukturen, die Kurzschlüsse verursachen können, zu lösen.
Die Forschenden suchten nach Batteriematerialien, die überhaupt keine Dendriten bilden. Während Lithium-, Zink- und Natriumbatterien häufig diese funkeninduzierenden Strukturen bilden, sind Magnesium- und Aluminiumbatterien nahezu dendritenfrei. Um die Dendritenbildung besser zu verstehen, suchten sie daher nach einem Zusammenhang zwischen den Selbstdiffusionsgrenzschichten verschiedener Metalle. Diese Grenzschichten sind die Schnittstellen, die die Diffusion eines Atoms auf einer Oberfläche aus dem gleichen Element reduzieren und bestimmen, wie wahrscheinlich es ist, dass sich Metallatome auf Elektroden ablagern und Dendritenwachstum verursachen.
Durch die Untersuchung der verschiedenen Metalle fanden Axel Groß und sein Team heraus, dass Lithium-Ionen relativ hohe Selbstdiffusionsgrenzschichten aufweisen, was bedeutet, dass die Lithium-Ionen, sobald sie einen Gradienten auf eine Oberfläche diffundiert haben, dort verbleiben und eine raue Stelle bilden. Der Dendrit verzweigt sich dann von diesem Defekt. Dies deutet darauf hin, dass die Dendritenbildung eine inhärente Eigenschaft dieses Elements ist. Im Vergleich dazu haben Metalle wie Magnesium eine sehr geringe Selbstdiffusionsgrenzschicht und bilden glatte Oberflächen, so dass Dendriten weitaus seltener auftreten.
Die Theorie wurde zudem in Chemistry World in einer eigenen Meldung besprochen:
https://www.chemistryworld.com/news/diffusion-barrier-data-to-help-batteries-ditch-the-dendrites/3009502.article
Weitere Informationen finden Sie hier:
pubs.rsc.org/en/Content/ArticleLanding/2018/EE/C8EE01448E
14.09.2018
Dagmar Oertel wird das HIU Mitte September verlassen, um sich als Generalsekretärin der Union der deutschen Akademien der Wissenschaften neuen beruflichen Herausforderungen zu stellen. Seit 1. Januar 2012 war sie als Geschäftsführerin tätig und hatte maßgeblichen Anteil daran, dass am HIU eine Infrastruktur geschaffen wurde, die die heute sehr zukunftsträchtige Forschung ermöglicht. Das Institut wurde 2011 in kürzester Zeit aus der Taufe gehoben und ist bis heute beachtlich gewachsen. Bei Dagmar Oertel liefen alle organisatorischen Fäden zusammen um diesen Prozess erfolgreich zu gestalten. So baute sie eine Administration mit 14 Mitarbeitenden in den Bereichen Personal, Finanzen, Öffentlichkeitsarbeit, IT und Technik auf. Seit Beginn ihrer Tätigkeit koordinierte sie von HIU-Seite den Bau des neuen Institutsgebäudes, das im Oktober 2014 vom Land Baden-Württemberg mit einem Bauvolumen von 12 Millionen Euro und 2 400 Quadratmetern errichtetet wurde. In ihre Zeit als Geschäftsführerin fiel zudem die Einweihung der Solarstromspeicheranlage im Frühjahr 2015, die moderne Hochleistungsbatterien mit intelligenter Steuerung zur netzschonenden Einspeisung vereint.
Dagmar Oertel war als studierte Chemikerin und promovierte Wirtschaftswissenschaftlerin mehr als zehn Jahre beim Büro für Technikfolgenabschätzung beim Deutschen Bundestag tätig. 2007 wechselte sie nach Karlsruhe und begleitete den Gründungsprozess des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT), wo sie ab 2009 im KIT-Präsidialstab stellvertretende Leiterin der Abteilung Strategie-, Struktur- und Entwicklungsplanung war.
06.08.2018
Der Artikel „Aqueous/Non-aqueous Hybrid Electrolyte for Sodium-ion Batteries “ gehört zu den meistgelesenen Artikeln des letzten Monats auf der Website des Journals ACS Energy Letters.
Das Forscherteam um Stefano Passerini berichtete von einem wässrigen/nichtwässrigen Hybrid-Elektrolyten auf Basis von Natriumtrifluormethansulfonat mit einem erweiterten elektrochemischen Fenster bis zu 2,8 V und hoher Leitfähigkeit (∼25 mS cm–1 bei 20 °C). Der Hybrid-Elektrolyt hat die Sicherheitscharakteristik wässriger Elektrolyte und die elektrochemische Stabilität nichtwässriger Systeme übernommen, was einen stabilen und reversiblen Betrieb der Natrium-Ionen-Batterie Na3V2(PO4)3/NaTi2(PO4)3 ermöglicht.
