08.07.2016
Dr. Fabienne Gschwind vertrat das HIU bei der Schifffahrt über den Bodensee, die den Abschluss der 66. Lindauer Nobelpreisträgertagung darstellte. Der traditionelle Ausflug auf die Blumeninsel Mainau, den Sitz der Familie Bernadotte af Wisborg, fand auf Einladung des Landes Baden-Württemberg statt. 29 Nobelpreisträger und rund 400 ausgewählte Nachwuchswissenschaftler aus 80 Ländern hatten sich eine Woche in Lindau zentralen Themen der Physik gewidmet.
Die Schiffsfahrt mit der MS Sonnenkönigin und ein Picknick auf den Wiesen vor Schloss Mainau nutzten die Teilnehmer zum Netzwerken. Ein wichtiges Diskussionsthema war der Klimawandel und erneuerbare Energien. In diesem Zusammenhang die erhielt die Präsentation des HIU zu seiner innovativen Batterieforschung, die einen wichtigen Schlüssel für das Gelingen der Energiewende und der Elektromobilität darstellt, besondere Aufmerksamkeit.
Seit 1951 werden die Nobelpreisträgertagungen alljährlich in Lindau am Bodensee ausgerichtet. Einmal jährlich kommen in Lindau 30 bis 40 Nobelpreisträger mit führenden Nachwuchswissenschaftlern (Studierenden, Doktoranden und Postdoktoranden) aus aller Welt zusammen. Die Lindauer Nobelpreisträgertagungen fördern den Austausch zwischen Wissenschaftlern unterschiedlicher Generationen, Kulturen und Disziplinen. Die Tagung ist abwechselnd der Physiologie und Medizin, Physik oder Chemie gewidmet – den drei naturwissenschaftlichen Nobelpreis-Disziplinen.
24.06.2016
Stefano Passerini, stellvertretender Direktor des HIU, wurde zum Mitglied des Boards des International Meeting on Lithium Batteries (IMLB) berufen. Er ist in die Organisation des IMLB 2020 eingebunden, die in Berlin stattfinden wird.
Das IMLB ist die größte internationale Konferenz zum Stand der Lithium-Batterie in Wissenschaft und Technologie, sowie in aktuellen und zukünftigen Anwendungen im Transportwesen, Handel, Luft- und Raumfahrt, Medizintechnik und in anderen vielversprechenden Bereichen. Derzeit findet das IMLB 2016 in Chicago statt und hat rund 1.600 Experten, Forschende und Firmenvertretende aus dem Lithium-Batterie Bereich angezogen.
Das Treffen bietet ein Forum dafür, die jüngsten Fortschritte bei hochentwickelten Lithium-Batterien zur Energiespeicherung und Umwandlung zu diskutieren. Es konzentriert sich auf beides, Erkenntnisse der Grundlagen- und der angewandten Forschung, die zu verbesserten Lithium- Batterie-Materialien geführt haben, und zum Verständnis der fundamentalen Prozesse, die elektrochemische Leistung bestimmen und steuern. Ein großes Thema des Treffens (aber nicht ausschließlich) sind die jüngsten Fortschritte bei der Technologie jenseits von Lithium-Ionen. Die Konferenz deckt ein breites Spektrum von Themen rund um Lithium-Batterie Forschung und Technologie ab.
17.06.2016
Am 17. Juni 2016 feierte das HIU mit rund 100 Gästen sein fünfjähriges Jubiläum. Prof. Michael Weber, Präsident der Universität Ulm, Prof. Horst Hahn, Gründungsdirektor des HIU, Prof. Maximilian Fichtner, Direktor des HIU und Gastredner Prof. Jürgen Garche zogen eine durchweg positive Bilanz.
Am 24. September 2010 reichten die vormaligen Unipräsidenten des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und der Universität Ulm, Prof. Eberhard Umbach und Prof. Karl Joachim Ebeling, sowie der Koordinator des HIU und spätere Gründungsdirektor Prof. Horst Hahn einen von insgesamt drei Anträgen für die Finanzierung und Errichtung des HIU bei der Helmholtz-Gemeinschaft ein. Am 1. Januar 2011 wurde das HIU als Exzellenzzentrum für Batterieforschung in einer feierlichen Veranstaltung mit der damaligen Bundesforschungsministerin Annette Schavan und dem baden-württembergischen Ministerpräsidenten Stefan Mappus gegründet.
In seinem Grußwort zum Jubiläum hob Unipräsident Prof. Weber den sehr hohen Stellenwert der Elektrochemie für seine Universität hervor und unterstrich, wie sehr die Universität von der Gründung des HIU auf dem Universitäts-Campus in den letzten fünf Jahren profitiert habe.
Der Aufbau des Instituts sei sehr schnell gelungen, da auf die bereits vorhandene Expertise der beiden Gründungspartner und der assoziierten Partner des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) zurückgegriffen werden konnte, resümierte Prof. Hahn. Zu Beginn wurden 35 neue Stellen geschaffen, mittlerweile arbeiten am HIU rund 130 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler. Als Helmholtz-Einrichtung wird das HIU über das KIT zu 90 Prozent vom Bundesministerium für Bildung und Forschung und zu zehn Prozent vom Land Baden-Württemberg finanziert. Der Grundhaushalt des Instituts beträgt 5,5 Millionen Euro pro Jahr.
Im Jahr 2014 wurde das HIU als reguläres Institut in die programmorientierte Förderung des Programms „Storage and Cross-linked Infrastructures“ (SCI), der Helmholtz-Gemeinschaft integriert. Im Oktober des gleichen Jahres erfolgte der Bezug des Neubaus, der damit die räumliche Trennung der Forschenden aufhob, die vorher auf verschiedene Standorte der Partner verteilt waren.
Prof. Fichtner lobte die mehr als 300 wissenschaftlichen Publikationen, die seit der Gründung erscheinen sind und wünschte sich gleichzeitig noch weitere innovative Ideen in der Batterieforschung von seinen Kolleginnen und Kollegen.
Das HIU hat bereits zahlreiche Forschungserfolge zu verbuchen. 2015 wurde im HIU für die negative Elektrode (Anode) ein kohlenstoffbasiertes Material entwickelt, welches aus Apfelabfällen gewonnen wurde und welches exzellente elektrochemische Eigenschaften besitzt. Die mit dieser Elektrode betriebenen Natrium-Ionen-Batterien stellen ein alternatives Batteriesystem zu den Lithium-Ionen-Batterien dar. Erstere sind kostengünstiger in der Herstellung, speichern allerdings etwas weniger Energie (massen-bezogen), was sie dennoch attraktiv für die stationäre Energieversorgung macht. Bisher konnten im Labor über 1.000 hochreversible Lade-/Entladezyklen mit hoher Zyklenstabilität und Kapazität demonstriert werden.
Am Institut wurde zudem ein neuer Separator entwickelt, welcher zum einen auf Basis nachwachsender Rohstoffe in einem umweltfreundlichen, einfachen Prozess hergestellt werden kann und der zum anderen ein analoges Handling (thermische Stabilität etc.) aufweist, wie die bis dato genutzten Materialien. Der nachwachsende Rohstoff ist Guarkernmehl. Dieser wird aus den Samen eines indischen Baumes gewonnen und enthält langkettige Kohlenhydrate (Hauptbestandteil sind verschiedene Zuckerarten) und etwas Protein. Guakernmehl in Kombination mit Glaspartikeln (SiO2) ergibt einen hochtemperatur-stabilen Separator, der zudem vergleichsweise kostengünstig ist. Ein Hauptbestandteil von Glas ist Siliziumdioxid (SiO2), welches ein wichtiger Bestandteil der Erdkruste ist und daher sozusagen unbegrenzt zur Verfügung steht.
Ein weiteres Beispiel für neue Batteriesysteme sind Magnesium-Schwefel-Batterien. Dies sind lithiumfreie Systeme, die zur übernächsten Generation von Batterien gehören. Hierfür wurde am HIU ein neuer Elektrolyt entwickelt, der eine bisher unerreichte elektrochemische Stabilität und einen hohen Wirkungsgrad beim Ladungstransfer aufweist. Zur Herstellung wurden Standardchemikalien verwendet. Attraktiv ist dabei insbesondere die einfache Herstellung. Der Elektrolyt ist zudem stabil an Luft und lösemittelstabil.
08.06.2016
Die Forschenden des Helmholtz-Instituts Ulm trafen sich zu einer zweitägigen Klausurtagung um langfristige Planungen und Lösungen zu erarbeiten sowie neue Wege einzuschlagen. Ziel der Klausurtagung war es, sich fernab des Tagesgeschäfts Zeit für Zukunftsthemen der Batterieforschung zu nehmen und daraus strategische Überlegungen für die nächsten Jahre zu entwickeln sowie die Zusammenarbeit innerhalb des HIU zu stärken.
Direktor Maximilian Fichtner stellte die besondere Form des HIU mit seinen vier Partnerinstitutionen heraus, die es ermögliche, die hervorstechenden Fähigkeiten der Partner zu nutzen und in den unterschiedlichen Forschungsgruppen unter dem Dach des HIU zu vereinigen. „Das HIU ist gut integriert in die nationale und europäische Forschungszusammenarbeit, HIU-Vertreter sind eingebunden in Entscheidungsfindungsprozesse in den Bereichen Energiepolitik und im Speziellen Batterieforschung und außerdem haben Teile unserer Arbeit für viel internationale Aufmerksamkeit gesorgt“, zog Fichtner Bilanz des fünfjährigen Bestehens des HIUs.
Die Klausurtagung stand im Zeichen davon, Nachwuchswissenschaftlerinnen und Nachwuchswissenschaftler noch weiter in die Diskussion um die zukünftige Ausrichtung einzubinden. Die vier interdisziplinären Forschungsthemen, sozusagen das Kerngeschäft des HIU, an dem alle Gruppen gemeinsam arbeiten, wurden einer kritischen Prüfung unterzogen und nachjustiert. Es wurde zudem vereinbart, auf eine noch engere Kooperation zwischen den Forschungsgruppen, besonders der Theoretiker und Experimentatoren zu setzen sowie die Forschungsrichtung noch dynamischer zu gestalten um vollkommen neue Entdeckungen zu ermöglichen.
„Mit über 300 Veröffentlichungen in internationalen Datenbanken hat das HIU so viele Forschungsartikel in ihrem Themengebiet publiziert wie keine andere Institution in Deutschland“, lobte der stellvertretende Direktor Stefano Passerini am Ende der Klausurtagung. Das HIU mache sehr viel aus den Mitteln, die ihm zur Verfügung gestellt würden.
Fotos der Veranstaltung finden Sie hier
05.04.2016
Tien Q. Duong (Department of Energy (DOE)), Khalil Amine, Michael Thackeray, Ira Bloom (Argonne National Lab), Marca Doeff (Lawrence Berkeley National Lab) sowie Patricia Smith (U.S. Naval Research Lab) wurden vom HIU eingeladen um in Dialog über weitere Kooperationsmöglichkeiten zu treten. Stefano Passerini, Maximilian Fichtner und Arnulf Latz empfingen die US-Forscher am Institut. Das HIU arbeitet bereits in einigen Projekten mit Forschungseinrichtungen des DOE zusammen. Das 1st International Symposium on Magnesium Batteries im Juli diesen Jahres wird beispielsweise gemeinsam vom HIU und Argonne National Lab organisiert. Nach einem Informationsaustausch und einer Führung durch die Labore des Instituts stellten die Gäste den wissenschaftlichen Mitarbeitern des HIU ihre Forschungsaktivitäten im Bereich der elektrochemischen Energieforschung vor.
22.03.2016
Noch heute werden in vielen Entwicklungsländern vor allem Petroleumlampen und Kerzen als Lichtquelle und Holzöfen zum Kochen eingesetzt. Insbesondere die Nutzung von Petroleum führt zu gesundheitsschädlichen Feinstaubemissionen, während mit dem Einsatz von Feuerholz kontrollierte und unkontrollierte Rodungen einhergehen, mit den bekannten negativen Umwelt- und Gesundheitseffekten. Die Nutzung und Speicherung von aus Sonnenenergie erzeugter Elektrizität durch die Photovoltaik wird als eine Lösung angesehen, die starke Abhängigkeit von fossilen und biogenen Brennstoffen zu reduzieren.
Seit einigen Jahren kommen zum Beispiel in Afrika und Indien im niedrigen Leistungsbereich vermehrt Photovoltaikinselanlagen in Kombination mit Batteriespeichern zum Einsatz. Diese werden für den Betrieb von LED Lampen und kleineren elektronischen Geräten (Handy, Laptop, LED-TV) eingesetzt. Bislang sind insbesondere die hohen Speicherkosten ein Grund dafür, warum nicht Verbrauchsgeräte mit höheren Leistungen an solchen Inselanlagen ökonomisch betrieben werden können. Dies trifft besonders auf Entwicklungsregionen zu, in welchen Strom günstig zur Verfügung gestellt werden sollte. Aktuelle Untersuchungen zeigen jedoch, dass sich die Speicherkosten in der Zukunft deutlich reduzieren könnten.
Um Photovoltaik-Inselanlagen und Mikronetze mit Energiespeichern in Entwicklungsländern künftig auch für den Betrieb von Geräten mit höherer Leistung, wie Kochherde, zu nutzen, müssen vielfältige technische Herausforderungen bewältigt und geeignete Batteriesysteme identifiziert werden. Die Kolleginnen und Kollegen am ITAS und am Helmholtz-Institut Ulm (HIU) haben die sich ergebenden Forschungsfragen und den notwendigen Forschungsbedarf in diesem Anwendungskontext aufgezeigt. Ihre Ergebnisse mündeten in einen Forschungsbericht für das britische Entwicklungsministerium, das Department for International Development (DfID).
17.03.2016
Ein vom HIU eingereichtes Forschungsvorhaben hat sich in einer sehr konkurrenzstarken Runde der jüngsten europäischen „Future and Emerging Technologies (FET)“ Ausschreibung zu „Neuartige Ideen für tiefgreifend neue Technologien“ durchgesetzt. Von 822 eingereichten Forschungsvorhaben sind in der dritten und letzten Ausscheidungsrunde lediglich 13 übriggeblieben. Das verfügbare Budget von 40 Millionen Euro setzte die Messlatte sehr hoch für die ausgezeichneten Forschungsprojekte, was sich auch in der Tatsache widerspiegelt, dass nur 1,4% der Forschungsvorhaben finanziert werden können. Getreu der offenen, interdisziplinären Natur der Ausschreibung, wird von den angenommenen Forschungsvorhaben erwartet, internationale Kooperationen in einer Vielzahl von Disziplinen wie Robotik, Nanotechnologie, Neurowissenschaften, Informationswissenschaften, Biologie, künstliche Intelligenz oder Chemie zu fördern.
Das eingereichte HIU-Forschungsvorhaben behandelt ein neues Kathodenmaterial, basierend auf einem neuen Speicherprinzip entwickelt, das deutlich höhere Energiespeicherdichten als bisher bekannte Systeme bietet. Die bisher verwendeten Materialien basieren auf einer Einlagerung von Lithium in kleine Hohlräume (so genannte Zwischengitterplätze) – einer Wirtsstruktur, welche in der Regel aus Metalloxiden besteht. Diese Methode funktioniert gut, allerdings sind die damit erzielbaren Speicherdichten begrenzt, da das Lithium nicht besonders dicht in der Struktur gepackt werden kann. Auch ist die Einlagerung von mehr als einem Lithium-Ion pro Formeleinheit in der Regel nicht möglich, da die Struktur dann nicht mehr stabil ist und zerfällt. Wünschenswert wäre es deshalb, Lithium deutlich dichter in eine stabile Struktur zu packen und die bisherigen Obergrenzen zu überwinden. Eine Forschungsgruppe um Professor Maximilian Fichtner stellt in dem Forschungsvorhaben das neue Speicherprinzip und das darauf basierendes Material vor, welches die reversible Einlagerung von bis zu 1,8 Li pro Formeleinheit erlaubt. Mit einem Material der Zusammensetzung Li2VO2F wurden Speicherkapazitäten von bis zu 420 mAh/g, bei 2,5 V mittlerer Spannung gemessen. Durch die vergleichsweise hohe Dichte des Materials ergibt das eine Speicherkapazität von bis zu 4600 Wh/L, bezogen auf das Aktivmaterial. Im Gegensatz zu den bisher verwendeten Materialien wird in dem neuen System das Lithium nicht mehr auf Zwischengitterplätzen, sondern direkt auf den Gitterplätzen einer kubisch dichtesten Packungsstruktur gespeichert, wodurch die deutlich höheren Packungsdichten erreicht werden.
FET Open, ein Programm der Europäischen Kommission aufgesetzt im Rahmen von Horizon 2020, finanziert Projekte zu neuen Ideen für tiefgreifend neue Technologien, in einem frühen Stadium, wenn nur wenige Forschende beteiligt sind. Dies kann ein breites Spektrum an neuen technologischen Möglichkeiten beinhalten, angeregt durch zukunftsweisende Forschung, unkonventionelle Kooperationen oder neue Forschungsmethoden. Horizon 2020 ist das größte jemals von der EU aufgelegte Forschungs- und Innovationsprogramm mit einem Volumen von fast 80 Milliarden Euro für sieben Jahre (2014 – 2020) – zusätzlich zu den privaten Investitionen die diese Finanzierung anziehen werden.
27.01.2016
Ein interdisziplinäres Forscherteam des HIU hat einen Review zu Fluorid-Ionen-Batterien veröffentlicht. Es handelt sich dabei um elektrochemische Zellen in denen ein negatives Anion – Fluoride – den Ladungstransport ermöglicht. Die Forschenden Fabienne Gschwind, Gonzalo Rodriguez-Garcia, Dan Sandbeck, Axel Gross, Marcel Weil, Maximilian Fichtner und Nicolas Hörmann legen erstmals eine umfassende theoretische Überprüfung von Fluorid-Ionen-Batterien sowie eine Analyse der Sicherheit und Giftigkeit von elektrochemischen Paaren solcher Batterien vor. Bislang existieren lediglich eine Handvoll Veröffentlichungen zu dem Thema.
Der Artikel bewertet zudem die Fortschritte in der Forschung der letzten Jahre in den Bereichen Hochtemperatur- und Zimmertemperatur-Fluorid-Ionen-Batterien. Zimmertemperatur-Fluorid-Ionen-Batterien, die sich aus sieben unterschiedlichen Kathoden- und neun Anodenmaterialien zusammensetzen, werden am Ende diskutiert um das Potenzial und die kritischen Punkte dieser Batteriesysteme weiter zu herauszustellen.
Der komplette Review ist hier abrufbar.
18.01.2016
Ein Forscherteam des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) hat ein kohlenstoffbasiertes Aktivmaterial, das aus Apfelresten gewonnen wird und ein aus verschiedenen Schichtoxiden bestehendes Material entwickelt. Beide zeigen exzellente elektrochemische Eigenschaften und stehen für umweltfreundliche und nachhaltige Nutzung von Ressourcen. In der Zeitschrift „ChemElectroChem“ und „Advanced Energy Materials“ stellt die Forschungsgruppe die neuen Materialien vor.
Natrium-Ionen Batterien sind nicht nur deutlich leistungsstärker als Systeme wie Nickel-Metallhydrid- oder Bleisäure-Akkumulatoren sondern repräsentieren auch eine kostengünstigere Alternative (€/kWh) zur Lithium-Ionen Technologie. Daher sind sie äußerst vielversprechend für stationäre Energiespeicher, welche eine zentrale Rolle in der Energiewende einnehmen und zudem einen äußerst attraktiven Markt in der Zukunft darstellen. Aktivmaterialien in solchen Energiespeichern sollten folglich nicht nur leistungsstark, sondern vor allen Dingen auch kostengünstig sein und aus Elementen bestehen, welche weit verbreitet und einfach zugänglich sind.
In der Entwicklung von Aktivmaterialien für Natrium-basierte Energiespeichersysteme ist dem Team um Forschungsgruppenleiter Professor Dr. Stefano Passerini und Dr. Daniel Buchholz am HIU nun ein bedeutender Schritt gelungen. Für die negative Elektrode wurde ein kohlenstoffbasiertes Material entwickelt, welches aus Apfelabfällen gewonnen werden kann und exzellente elektrochemische Eigenschaften besitzt. Über 1000 hochreversible Lade /Entladezyklen mit hoher Zyklenstabilität und Kapazität konnten bisher demonstriert werden. Diese Entdeckung stellt einen wichtigen Schritt zur nachhaltigen Nutzung und Verwertung von Ressourcen wie beispielsweise biologischer Abfälle dar.
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Für die positive Elektrode wurde ein Material entwickelt welches aus verschiedenen Schichtoxiden besteht. Dieses Aktivmaterial kommt völlig ohne das teure und umweltschädliche Element Cobalt aus, welches heutzutage häufig noch immer ein wichtiger Bestandteil in Aktivmaterialien von kommerziellen Lithium-Ionen Batterien ist. Überraschenderweise konnte trotzdem eine beeindruckende Leistung über mehrere hundert Zyklen erreicht werden, welche zu den besten bereits erreichten gehört und sich unter anderem durch hohe Effizienz, Zyklenstabilität, Kapazität sowie Spannung auszeichnet.
Mit diesen Materialien ist nun ein wichtiger Schritt hin zur Entwicklung kostengünstiger und umweltfreundlicher Natrium-Ionen Batterien gemacht worden. Detaillierte Ergebnisse können den beiden jeweiligen Publikationen entnommen werden („Apple Biowaste-Derived Hard Carbon as Powerful Anode Material for Na-Ion Batteries“ ChemElectroChem, doi: 10.1002/celc.201500437; “Layered Na-ion Cathodes with Outstanding Performance resulting from the Synergetic Effect of Mixed P- and O-type phases” Advanced Energy Materials, doi: 10.1002/aenm.201501555.).
15.01.2016
Der stellvertretende Direktor des vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) gegründeten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU), Stefano Passerini, ist beim internationalen Zitations-Ranking „Highly Cited Researchers 2015“ gelistet und damit unter den weltweit einflussreichsten Wissenschaftlern in seinem Fachgebiet.
Die Basis des von dem Medienkonzern Thomson Reuters veröffentlichten Rankings sind Fachartikel aus der Zitationsdatenbank „Web of Science“, die zwischen 2003 und 2013 erschienen sind. Insgesamt handelt es sich um über 120.000 Arbeiten aus 21 Forschungsfeldernder Natur- und Sozialwissenschaften. Gelistet wurden 3.000 Forschende, die in ihrem Fachgebiet zu dem einen Prozent der am häufigsten zitierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern gehören und dadurch den weltweit größten Einfluss in der Forschungswelt haben. Die Häufigkeit der Zitierungen der Arbeiten durch andere Forschende stellt einen wichtigen Indikator für die Bedeutung einer wissenschaftlichen Arbeit dar. Stefano Passerini wurde im Jahr 2015 1800-mal zitiert und insgesamt haben sich andere Forschende auf 352 seiner Artikel bezogen. „Die Mitarbeitenden meiner Forschungsgruppe waren der Schlüssel um eine derartige Bestätigung durch andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zu erhalten und sie zeigt, dass wir mit unserer Forschung auf dem richtigen Weg sind“, erklärte Passerini. Seit Januar 2014 ist Passerini als Professor am HIU tätig und seit Juli 2015 ist er auch stellvertretender Direktor des Instituts. 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 fast 400 Veröffentlichungen und hat bereits etliche neuentwickelte Materialien patentieren lassen.
Weitere Informationen zu dem Ranking unter: highlycited.com
