06. September 2024

Sommertour: Wissenschaftsministerin Petra Olschowski zu Gast am HIU

Was kommt nach der Lithium-Ionen-Batterie? Wie kann die Energiewende erfolgreich umgesetzt werden? Wie viele und welche Art von  Batteriespeichern braucht das Land? Diesen Fragen gehen Forschende an der Universität Ulm und am Helmholtz-Institut Ulm nach. Hier entstehen aus nachhaltigen Materialien die Energiespeicher der Zukunft. Davon konnte sich am Freitag, 6. September, auch Baden-Württembergs Wissenschaftsministerin Petra Olschowski überzeugen: Sie besuchte im Rahmen ihrer Sommertour unter dem Motto „Wie wollen wir in Zukunft zusammenleben?“ die Universität Ulm sowie das HIU und sprach mit Mitarbeitenden und Nachwuchsforschenden. 
 

Wissenschaftsministerin Petra Olschowski vom @mwk__de hat heute die #uulm sowie @HelmholtzUlm besucht. Sie informierte sich über den aktuellen Stand der Batterieforschung auf unserem Green Energy Campus?? https://t.co/jKq2QgwJO8 *cl ? Elvira Eberhardt / Uni Ulm pic.twitter.com/YdbOS308ut

— Universität Ulm (@uni_ulm) September 6, 2024

Zuverlässige elektrische Speicher wie Batterien und effiziente Systeme zur Energiewandlung wie Brennstoffzellen sind ein Schlüssel zur Energiewende. Vielfältige Einblicke in die Erforschung der Energiespeicher der Zukunft erhielt Wissenschaftsministerin Petra Olschowski am Freitag bei ihrem Besuch an der Universität Ulm und im Helmholtz-Institut Ulm (HIU). Erste Station war der Senatssaal der Universität, wo Vizepräsident Professor Michael Kühl die Ministerin begrüßte und die Professoren Axel Groß und Maximilian Fichtner die Forschung an elektrochemischen Energiespeichern in der Wissenschaftsstadt vorstellten.

Dabei ging es insbesondere um die Arbeit an nachhaltigen Batteriematerialien am HIU und im Exzellenzcluster Post Lithium Storage POLiS, dem ersten und bundesweit einzigen Exzellenzcluster zur Batterieforschung, für den das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) und die Universität Ulm gerade einen Fortsetzungsantrag eingereicht haben. „Die Entwicklung neuartiger Energiespeicher ist von großer Bedeutung für den Erfolg der Energiewende. Die Ulmer Wissenschaftsstadt hat sich zu einem international sichtbaren Leuchtturm der Energieforschung entwickelt: In dieser Forschungsumgebung entstehen die dringend benötigten Energiespeicher und -wandler der Zukunft mit dem Entwicklungsziel Nachhaltigkeit und Kreislauffähigkeit“, sagte Wissenschaftsministerin Petra Olschowski. „Für den Fortsetzungsantrag des einmaligen Batterie-Exzellenzclusters drücke ich der Universität Ulm, dem KIT und ihren starken Partnern die Daumen. Auch das Land wird die Energie- und Batterieforschung weiterhin nach Kräften unterstützen.“

Mehr als 30 Jahre Erfahrung in der Grundlagenforschung

Der Leiter des Instituts für Theoretische Chemie Professor Axel Groß betonte, dass es nicht selbstverständlich sei, dass Ulm heute in der Champions League spiele, was elektrochemische Energiespeicherung angeht: In den 1990er Jahren galt die Elektrochemie als altmodisch – die Uni Ulm baute sie trotzdem aus. Heute profitiert sie von mehr als 30 Jahren Grundlagenforschung und nimmt eine Ausnahmestellung in Europa ein. Mit rund 500 Mitarbeitenden befindet sich in Ulm zudem der größte Standort Deutschlands in diesem Bereich, ergänzte Professor Maximilian Fichtner. Der geschäftsführende HIU-Direktor benannte nicht nur die bisherigen Erfolge des Exzellenzclusters POLiS, sondern erläuterte auch die Ziele für die beantragte zweite Förderperiode. In der Forschung sollen künftig nicht mehr einzelne Komponenten, sondern die Vollzelle im Fokus stehen. Und Ulm soll das weltweit führende Post-Lithium-Batterieforschungszentrum werden. Ein entscheidender Faktor dafür ist die interdisziplinäre Zusammenarbeit: mit dem KIT und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) ebenso wie mit dem Ulmer Standort des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) im Rahmen des HIU und des Verbundes CELEST. Im Anschluss besichtigte Ministerin Olschowski noch mehrere Labore am Helmholtz-Institut Ulm und kam mit Nachwuchswissenschaftlern und Mitarbeitenden ins Gespräch.

Beim Besuch der Ministerin ging es auch um die Exzellenzaktivitäten der Uni Ulm, die sich nicht nur um die bereits erwähnte Fortsetzung von POLiS bewirbt, sondern auch um einen weiteren Exzellenzcluster: Mit „Chem4Quant“, einer gemeinsamen Initiative von KIT, Uni Ulm und Uni Stuttgart, will ein interdisziplinäres Team aus der Chemie und Physik sowie aus den Computer- und Materialwissenschaften atomgenaue Materialstrukturen für künftige Quantentechnologien entwickeln. „Wir freuen uns sehr über die Unterstützung unserer Exzellenzaktivitäten durch die Ministerin“, so Vizepräsident Professor Michael Kühl. „Durch herausragende Forschung an den drängenden Themen unserer Zeit, wie wir sie an der Uni Ulm betreiben, sichern wir die Zukunftsfähigkeit unserer Region.“

Weitere Informationen, Text und Medienkontakt:

Christine Liebhardt, Leiterin Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Uni Ulm, Mail: christine.liebhardt(at)uni-ulm.de, Tel.: (0731) 22121

https://hiu-batteries.de/wp-content/uploads/2024/09/PE-Sommertour-2024_-Ulm.pdf

https://www.uni-ulm.de/nawi/naturwissenschaften/nawi-detailseiten/news-detail/article/wissenschaftsministerin-petra-olschowski-zu-gast-an-der-uni-ulm/

https://www.linkedin.com/posts/ministerium-f%C3%BCr-wissenschaft-forschung-und-kunst-baden-w%C3%BCrttemberg_bei-ihrer-sommertour-hat-sich-ministerin-activity-7237930571740450816-gBUM?utm_source=share&utm_medium=member_desktop

22. Juli 2024

Mit seiner viel beachteten Forschung zu nachhaltigen Batteriespeichern sind Professor Maximilian Fichtner, Direktor des HIU, mehrere wegweisende Durchbrüche gelungen – und er hat viel zum Ausbau und zur Sichtbarkeit des strategischen Forschungsfeldes Energiewandlung und -speicherung der Universität Ulm beigetragen. Dem Chemiker gelingt es zudem, diese Themen und Aktivitäten in der Öffentlichkeit sichtbar zu machen und verständlich zu kommunizieren. Für sein Wirken hat Fichtner am Schwörmontag den Wissenschaftspreis der Stadt Ulm von Oberbürgermeister Martin Ansbacher erhalten.

Er hat sich ganz der Erforschung von neuartigen und leistungsfähigeren Batterien verschrieben und dabei internationale Standards gesetzt: Dafür hat Professor Maximilian Fichtner jetzt den mit 7.500 Euro dotierten Wissenschaftspreis der Stadt Ulm erhalten. Überreicht wurde er von Oberbürgermeister Martin Ansbacher am Montag, 22. Juli, im Rahmen der Schwörfeier auf dem Weinhof. „Professor Fichtner gelangen mit seiner Forschung zu elektrochemischen Energiespeichern (Batterien) mehrere wegweisende Durchbrüche und Fortschritte“, zitierte Ansbacher aus dem Urkundentext.

An der Universität Ulm ist Fichtner Professor für Festkörperchemie, außerdem leitet er als Direktor das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) für Elektrochemische Energiespeicherung des Karlsruher Instituts für Technologie und der Uni Ulm. Zu seinen Durchbrüchen in diesem Feld zählt eine neue Klasse hochleistungsfähiger Speichermaterialien für Lithium-Ionenbatterien auf der Basis ungeordneter Kochsalzstrukturen. Vor allem aber hat er auch im Bereich lithiumfreier Speicher neue Forschungsfelder begründet und mit seinem Team wichtige Durchbrüche in der Entwicklung moderner, hochleistungsfähiger Batterien auf der Basis nachhaltiger Rohstoffe erzielt und beispielsweise die erste wiederbeladbare Magnesium-Schwefel-Batterie entwickelt. „An neuen Energiespeichern auf der Basis verträglicher Rohstoffe zu arbeiten, ist eine besondere Motivation für mein Team und für mich. Daneben ist es gerade in der heutigen Zeit wichtig, dass man die Menschen mitnimmt und sie sachlich informiert und auf den aktuellen Stand bringt“, so Fichtner. „Dies gilt auch und insbesondere für die Elektromobilität, um die sich besonders viele Mythen ranken.“ Der Chemiker macht sich zudem um die Wissenschaftskommunikation verdient: als im gesamten deutschsprachigen Raum gefragter Experte, der gekonnt die neuesten Nachrichten über angebliche Wunderbatterien aus China einordnet und komplexe Themen der Energiespeicherung auch für Laien verständlich erklärt.

Maximilian Fichtner hat auch die Gabe, Wissenschaft anschaulich zu kommunizieren

Neben seinen international beachteten Forschungsaktivitäten hat Fichtner viel zum Ausbau und zur Sichtbarkeit von Energieumwandlung und -speicherung, einem der strategischen Forschungsfelder der Uni Ulm, beigetragen. Dazu zählt insbesondere der Auf- und Ausbau der Aktivitäten am Helmholtz-Institut Ulm, der Forschungsplattform CELEST und des Exzellenzclusters POLiS. Das HIU hat sich zum führenden Batterieforschungsinstitut in Deutschland entwickelt und zählt zu den ersten Adressen weltweit im Bereich elektrochemische Energiespeicherung. Als dessen Leiter erkannte Fichtner früh die Vorteile und Chancen, die sich durch eine enge Zusammenarbeit ergeben und baute diese Kooperation zwischen KIT und Uni Ulm weiter aus. „Wir schätzen uns glücklich, eines der größten Ökosysteme in der internationalen Batterieforschung hier am Standort zu haben – und einen der angesehensten Wissenschaftler auf diesem Gebiet“, freut sich Uni-Präsident Professor Michael Weber. „Maximilian Fichtner hat außerdem die Gabe, Wissenschaft anschaulich zu kommunizieren. Wir freuen uns sehr, dass er den Wissenschaftspreis 2024 erhält.“

Der Wissenschaftspreis für die Technische Hochschule Ulm, gleichfalls dotiert mit 7500 Euro, ging an Professorin Marianne von Schwerin. In ihrer aktuellen Forschung befasst sie sich mit dem Einsatz und der Weiterentwicklung von Methoden der Künstlichen Intelligenz in eingebetteten Systemen, zum Beispiel Photovoltaikanlagen. Sie hat zahlreiche Kooperationsprojekte mit regionalen Hochschulen initiiert und dabei neue Formate für den Ideen-, Wissens- und Technologietransfer entwickelt.

Weitere Informationen zu Prof. Dr. Maximilian Fichtner

Der Chemiker Maximilian Fichtner, 1961 in Heidelberg geboren, kam 2013 als Professor für Festkörperchemie an die Universität Ulm. Seit 2015 ist er Direktor am Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung. Außerdem leitet er die Abteilung Energiespeichersysteme am Institut für Nanotechnologie des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Fichtner ist Sprecher des deutschlandweit einzigen Batterie-Exzellenzclusters POLiS (Post Lithium Energy Storage) sowie wissenschaftlicher Direktor des Center for Electrochemical Energy Storage Ulm-Karlsruhe (CELEST). Er studierte und promovierte am KIT.

Über den Wissenschaftspreis der Stadt Ulm

Alle zwei Jahre vergibt die Stadt Ulm den mit insgesamt 15 000 Euro dotierten Wissenschaftspreis für hervorragende wissenschaftliche Leistungen von Einzelpersonen, Forschungs- oder Arbeitsgemeinschaften. Er geht traditionell hälftig an Forschende der Universität Ulm und der Technischen Hochschule Ulm. Den Wissenschaftspreis erkennt der Gemeinderat der Stadt Ulm auf Vorentscheidung eines Preisgerichts zu, in dem die Universität, die Technische Hochschule Ulm und Mitglieder des Gemeinderats vertreten sind.

Foto: Christine Liebhardt / Uni Ulm

Hier alle weiterführenden Informationen: 

https://www.uni-ulm.de/nawi/naturwissenschaften/nawi-detailseiten/news-detail/article/wissenschaftspreis-der-stadt-ulm-fuer-prof-maximilian-fichtner/

18 bis 20. September 2024

Das 5. Internationale Symposium für Magnesiumbatterien (MagBatt V) findet vom 18. bis 20. September 2024 in Ulm statt. Wie immer werden wir einige der weltweit führenden Batterie-Referenten begrüßen. Die Konferenz wird Beiträge zu Magnesium-, Kalzium-, Zink- und Aluminiumbatterien enthalten. Ziel der Konferenz ist es, den neuesten Stand der Technik und die Fortschritte im Post-Lithium-Bereich vorzustellen und zu diskutieren.

Die Konferenz wird ausgerichtet vom Helmholtz-Institut Ulm und vom POLiS-Exzellenzcluster.

Hier alle weiterführenden Informationen: https://www.postlithiumstorage.org/en/magbatt-v

01. Juni 2024

Der HIU-Forschungsgruppenleiter Dr. Dominic Bresser wurde zum 1. Juni 2024 als Professor an der Universität Ulm berufen. Dominic Bresser beschäftigt sich seit etwa 14 Jahren mit der Erforschung von elektrochemischen Energiespeichern. Nach Studium und Promotion an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster sowie einem zweijährigen Forschungsaufenthalt in Frankreich ist er nun seit 2017 am Helmholtz-Institut Ulm tätig.

Der Fokus seiner Arbeiten liegen auf der Entwicklung neuer Batteriematerialien und der Verbesserung bereits existierender Elektrodenmaterialien und Elektrolytsysteme für Lithium- und Natrium-Batterien sowie verwandter Energiespeicher-Technologien. Das Ziel seiner Materialforschung liegt auf einem tiefergehenden Verständnis der zu Grunde liegenden Mechanismen und Prozesse, die die reversible Speicherung der Ladungsträger in den Elektroden und deren Transport im Elektrolyten ermöglichen und bestimmen.

Seine Arbeiten kombinieren elementare Grundlagenforschung mit angewandten Fragestellungen und dem Transfer der Ergebnisse in industrielle Lösungen und werden gefördert bspw. durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung, das Bundesministerium für Wirtschaft und Klimaschutz, Landesministerien, verschiedene Industrieunternehmen, die Deutsche Forschungsgesellschaft (DFG), private Stiftungen und die Europäische Kommission. Im Jahr 2022 erhielt er zudem einen renommierten ERC Starting Grant für die Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien vom Europäischen Forschungsrat und im Jahr zuvor wurde ihm von der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina die Carus-Medaille für seine bedeutenden Beiträge in der Batterieforschung verliehen.

Seine Forschungsgruppe „Electrochemical Energy Storage Materials“ am Helmholtz-Institut Ulm besteht derzeit aus knapp 30 Personen. Prof. Dominic Bresser tritt die dritte HIU-Professur neben Prof. Maximilian Fichtner und Prof. Arnulf Latz an.

02. Mai 2024

Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger und Ministerialdirektor Michael Kleiner vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus zu Besuch in Ulm
 
Die Herstellung neuartiger Hochleistungsbatterien für Elektrofahrzeuge und stationäre Speicher ist in Deutschland einen wichtigen Schritt vorangekommen. Am 2. Mai 2024 wurde am Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), einem Partner-Institut des HIU, eine Pilotanlage eingeweiht, die erstmals hierzulande die Produktion von innovativen Batteriematerialien und deren Vorprodukten im Maßstab von bis zu 100 Kilogramm außerhalb der Industrie ermöglicht. Zur Einweihung anwesend waren Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger und Ministerialdirektor Michael Kleiner vom Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus. Der Baubeginn der Anlage erfolgte im Dezember 2022. Sie wurde mit Fördermitteln des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt. Den Neubau des bundesweiten Leuchtturms der deutschen Batterieforschung namens „Powder-Up!“ förderte das Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus des Landes Baden-Württemberg finanziell.
 
„Die neue Produktionsstätte Powder-Up! für die Herstellung von hochenergetischen und umweltfreundlichen Batteriematerialien ist ein zentraler Baustein für den Aufbau einer wettbewerbsfähigen und nachhaltigen Batteriewertschöpfungskette in Deutschland und Europa. Damit wird auch die technologische Souveränität im Bereich Batteriefertigung weiter vorangetrieben. Die deutsche Batterieforschung ist spitze, jetzt müssen wir den Transfer in die Anwendung verbessern und neue, innovative Infrastrukturen hierfür schaffen. Mit der Pilotanlage Powder-Up! am ZSW in Ulm und der Forschungsfertigung Batteriezelle in Münster entsteht in Deutschland ein zusammenhängendes Forschungsökosystem für die Entwicklung innovativer Batterietechnologien ‚Made in Europe‘. Diese Forschungsinfrastruktur stärkt die Position Deutschlands als führender Standort für die Batterieproduktion. Nun liegt es an der Industrie, dieses Angebot für einen schnellen Markthochlauf zu nutzen“, betont Bundesforschungsministerin Bettina Stark-Watzinger.
 
Michael Kleiner, Ministerialdirektor im Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Tourismus, betonte: „Mit der Landesförderung von insgesamt 10 Millionen Euro leisten wir einen wichtigen Beitrag, damit das ZSW seine Stellung als führendes anwendungsorientiertes Batterieforschungszentrum weiter ausbauen kann.“
 
„Die Performance von Lithium-Ionen-Batterien hängt hauptsächlich von den verbauten Materialien ab. Mit der Pilotanlage „Powder-Up!“ können nun erstmalig außerhalb der Industrie solche Kathodenmaterialien in einer seriennahen Umgebung hergestellt werden“, so Prof. Dr. Markus Hölzle, Mitglied des HIU-Direktoriums. „Wir sind stolz darauf, diese herstellerunabhängige Entwicklungsplattform unseren Partnern aus Industrie und Wissenschaft anbieten zu können. In dem viergeschossigen Powder-Up-Neubau kommen ausschließlich industrieerprobte Maschinen zum Einsatz, um eine erfolgreiche Produktherstellung unter seriennahen Bedingungen zu garantieren.“ 

Kathodenmaterialien industrienah herstellen

Neue Materialien werden zunächst in kleinen Batterieprototypen getestet. Bei erfolgreichen Ergebnissen werden dann jedoch schnell deutlich größere Materialmengen notwendig. Diese konnten bisher nur von den großen industriellen Herstellern geliefert werden, die jedoch meist nicht in Europa produzieren und nur selten bereit sind, ihre besten Produkte an Universitäten oder andere Forschungseinrichtungen abzugeben. Diese Lücke schließt nun Powder-Up. 

Die Powder-Up-Pilotanlage umfasst eine Nutzfläche von 2.400 Quadratmetern und deckt alle Produktionsschritte für die Herstellung von hochenergetischen und umweltfreundlichen Batteriematerialien ab. Dazu gehören eine Fällungsanlage für Vorstufen, eine Hochtemperatur-Wärmebehandlung sowie verschiedene Varianten der Nachbearbeitung. Ebenso integriert sind neue chemische Labore sowie hochpräzise analytische Messgeräte. Die neuen Anlagen ermöglichen es, schnell unterschiedliche Produktmuster herzustellen und diese ebenso schnell zu testen. Mittels digitalisierter Prozessschritte inklusive der zugehörigen Produktanalytik sollen die Entwicklungszyklen weiter verkürzt werden, um Ressourceneinsatz, Produktausbeute und die Performance von Batterien schnell weiter verbessern zu können. 

Die in „Powder-Up!“ hergestellten Materialien, der Fokus liegt auf neuartigen Kathodenmaterialien, können anschließend in Pilotanlagen bei Forschungsinstituten oder bei Batterieproduzenten für Entwicklungen genutzt werden. Chargen bis 100 Kilogramm sind möglich. Erst diese Menge an Material ermöglicht den Bau von originalgroßen Batterien, wie sie später zum Beispiel in Fahrzeugen eingesetzt werden würden. Powder-Up dient darüber hinaus der Erforschung einzelner Produktionsschritte und der hierfür eingesetzten Maschinen. Durch diese Arbeit unterstützt Powder-Up auch den deutschen Maschinenbau, von dem fast alle Maschinen und Anlagen stammen. 

Das Land Baden-Württemberg finanziert das Powder-Up-Gebäude mit 10 Millionen Euro. Die Pilotanlage mit allen Anlagenteilen, der Gebäude- und Sicherheitstechnik sowie die notwendige Analytik wird mit 24 Millionen Euro vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziell gefördert. 

Investitionen, Innovation und Industriezusammenarbeit

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am ZSW erforschen seit über 35 Jahren Funktionsmaterialien für Batterien und Superkondensatoren. Sie verfügen daher über umfassende Erfahrung in der Entwicklung und Verarbeitung maßgeschneiderter Pulver und Pasten. Ein Fokus liegt auf dem Design innovativer Batteriezellen ohne den Einsatz kritischer und umweltschädlicher Roh- und Hilfsstoffe, aber auch auf Batteriezellen mit erhöhter Sicherheit. 

Zur Ausstattung des ZSW in Ulm gehört seit 2014 auch eine große Pilotlinie für die industrielle Produktion von Lithium-Ionen-Zellen bis 80 Amperestunden sowie seit 1998 ein europaweit anerkanntes Batteriesicherheits- und Testzentrum, in dem die Leistungsfähigkeit von Batterien und insbesondere von neuen Batterieprototypen unter extremsten Bedingungen bewertet wird. Hierzu zählen auch bewusst herbeigeführte Batteriebrände in den am ZSW vorhandenen Sicherheitsbunkern. Die Erforschung und Implementierung von Recyclingverfahren für Produktionsabfälle und Metalle aus gebrauchten Lithium-Ionen-Batterien runden die Aktivitäten ab. 

Durch die kontinuierliche und großzügige Förderung des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) und des Landes Baden-Württemberg wurde in den letzten Jahren ein robustes Ökosystem für die Batteriefertigung in Deutschland aufgebaut. Das ZSW spielt dabei eine Schlüsselrolle im Technologietransfer. Heute arbeiten mehr als 100 Expertinnen und Experten am ZSW in Ulm an innovativen Komponenten für die nächsten Generationen von Batteriezellen. 

Weitere Informationen:
https://www.zsw-bw.de/presse/aktuelles/detailansicht/news/detail/News/innovative-batteriematerialien-in-deutschland-herstellen-zsw-weiht-pilotanlage-powder-up-ein.html

02. Mai 2024

36 Abgeordnete des Alb-Donau-Kreistages trafen sich in der Universität Ulm, um sich über das aktuelle Forschungsgeschehen zu informieren. Neben den Kreisrätinnen und Kreisräten des Alb-Donau-Kreises war auch Heiner Scheffold, Landrat des Alb-Donau-Kreises, und der neue Ulmer Oberbürgermeister Martin Ansbacher anwesend.

Unter der Moderation von Prof. Michael Weber, Präsident der Universität Ulm, gab es Vorträge über Quantencomputing (Prof. Dr. Joachim Ankerhold, Dr. Christian Brand, Prof. Dr. Fedor Jelezko) und Batterieforschung (Prof. Maximilian Fichtner). Anschließend erhielten die Kreisrätinnen und Kreisräte die Möglichkeit, die jeweiligen Forschungsinstitute zu besichtigen.

27. Februar 2024

Die EU strebt bis 2050 Klimaneutralität an. Das Projekt RISEnergy (steht für: Research Infrastructure Services for Renewable Energy) soll auf dem Weg dorthin die Entwicklung von Innovationen für erneuerbare Energien bis zur Markteinführung beschleunigen. Ein Schwerpunkt des Projekts ist es, Forschenden und Unternehmen den Zugang zu Forschungsinfrastrukturen in europäischen und nichteuropäischen Ländern zu erleichtern. Das vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) geleitete Projekt startet am 1. März 2024. Die Europäische Kommission finanziert RISEnergy mit rund 14,5 Millionen Euro für viereinhalb Jahre. 
 

RISEnergy: Innovationen für die #Klimaneutralität beschleunigen. Vom KIT koordiniertes EU-Projekt hat technologieübergreifende Förderung und Vernetzung aller Felder der erneuerbaren Energien #EE zum Ziel. https://t.co/pDZBIGcnHF pic.twitter.com/QYsQmzZ5bi

— KIT Karlsruhe (@KITKarlsruhe) February 27, 2024

„Mit RISEnergy entsteht ein europäisches Ökosystem, das alle Felder der erneuerbaren Energietechnologien abdeckt“, erklärt Dr. Olga Sumińska-Ebersoldt, wissenschaftliche Mitarbeiterin am vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm (HIU) und operative Co-Projektleiterin von RISEnergy. „Wir wollen die Entwicklung vielversprechender Technologien vom Laborlevel bis zur industriellen Reife im großen Maßstab fördern.“ Bislang gab es zwar gemeinsame Forschungsinfrastrukturprojekte für bestimmte Technologien, RISEnergy ist jedoch das erste Projekt von vergleichbarer Größe in Europa, das alle Gebiete der erneuerbaren Energietechnologien abdeckt: Photovoltaik, konzentrierte Solarenergie, Wasserstoff, Biokraftstoffe, Windenergie und Energie aus Wellen und Gezeiten sowie Themen wie integrierte Netze, Energiespeicherung, Materialforschung, Informations- und Kommunikationstechnologien.

Institutionen aus 22 Ländern beteiligt

RISEnergy vereint 69 Technologieinstitute, Universitäten und Industriepartner aus 22 Ländern in einem Konsortium. Diese beteiligen sich etwa mit Infrastrukturen und Fachwissen oder organisatorischer Unterstützung.

Kern des Netzwerks bildet unter anderem die Europäische Energieforschungsallianz EERA (steht für: European Energy Research Alliance). Über 18 sogenannte Joint Programmes stellt EERA weltweit führendes Fachwissen bereit. „Um alle wichtigen Akteure miteinzubeziehen, haben wir die EERA Joint Programmes darum gebeten, die jeweils bedeutendsten Forschungsinfrastrukturen sowie Expertinnen und Experten für RISEnergy vorzuschlagen“, sagt Dr. Myriam E. Gil Bardají, wissenschaftliche Mitarbeiterin am HIU, Koordinatorin des EERA Joint Programmes zur Energiespeicherung und ebenfalls operative Co-Projektleiterin von RISEnergy. Die Beteiligung von Organisationen aus den USA, Kanada und Japan stellt die Verbindung zu Innovationen außerhalb Europas sicher.

Forschende können sich bewerben

Im Rahmen von RISEnergy öffnen 84 Forschungsinfrastrukturen aus 19 europäischen Ländern sowie den USA, Kanada und Japan ihre Anlagen für externe Forschende und Entwicklerinnen und Entwickler aus Unternehmen. Diese können sich um eine Nutzung bewerben. Ein Expertinnen- und Expertenausschuss entscheidet über die Vergabe. RISEnergy deckt die Betriebskosten der Forschungsinfrastruktur sowie Reise- und Unterkunftskosten. Der Großteil des Projektbudgets ist dafür vorgesehen.

Das Angebot richtet sich ausdrücklich auch an kleine und mittlere Unternehmen. Der unkomplizierte Zugang zu Großforschungsinfrastrukturen soll deren Innovationsentwicklung unterstützen. „Wir bieten eine kostenlose Nutzung von Laboren. Forschende und Fachleute aus Unternehmen können reisen, Ideen austauschen und Experimente durchführen“, so Sumińska-Ebersoldt.

Vernetzung, Austausch und Kommunikation

„Bei erneuerbaren Energien redet man immer über Kombinationen von Technologien“, sagt Dr. Peter Holtappels, Gruppenleiter am Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT und wissenschaftlicher Koordinator bei RISEnergy. Dass sich Fachleute aus unterschiedlichen Themengebieten gegenseitig verstehen, sei deshalb wichtig. „Wer Energiespeicher baut oder sich mit Photovoltaik oder Wind und Wellen beschäftigt, bewegt sich normalerweise in seiner eigenen Community. Wir wollen diese Menschen zusammenbringen, indem wir Austausch und interdisziplinäre Kommunikation stärken.“ Geplant sind dazu Workshops und Beratungsdienste zu übergeordneten Themen wie Lebenszyklusanalysen sowie Projekte zur Standardisierung von Terminologien und Datenverarbeitung. „Im Fokus stehen auch digitale Werkzeuge für die Energiewende: Künstliche Intelligenz wird dabei helfen, Eigenschaften von Materialien und Geräten zu optimieren oder kritische Materialien der Lieferketten zu ersetzen“, sagt Dr. Holger Ihssen vom Büro Brüssel der Helmholtz-Gemeinschaft, das zur Gründung des neuen Forschungskonsortiums beigetragen hat.

Aufgabe des Projektteams ist es auch, auszuwerten, welche Fördermaßnahmen sinnvoll sind. Dazu kommt die Entwicklung von Roadmaps für politische Entscheidungstragende.

Über RISEnergy (Research Infrastructure Services for Renewable Energy)

RISEnergy ist Teil des Förderprogramms für Forschung und Innovation Horizon Europe und Teil des Moduls „Materialien für Energie“ der weltweiten zwischenstaatlichen Initiative „Mission Innovation“. Kern des Projektkonsortiums bildet die Europäische Energieforschungsallianz EERA, die größte Forschungsgemeinschaft für kohlenstoffarme Energien in Europa und wichtiger Akteur im Strategieplan für Energietechnologien (SET) der EU. Forschende und Unternehmen können sich im Rahmen von Trans-National Access (TNA)-Programmen um eine Nutzung von Forschungsinfrastrukturen bewerben. Die Laufzeit des vom KIT koordinierten Projekts ist vom 1. März 2024 bis 31. August 2028. Die Auftaktveranstaltung findet am 12. und 13. März 2024 in Brüssel statt.

Weitere Informationen:
European Energy Research Alliance
Institut für Mikroverfahrenstechnik des KIT

Über das KIT

Als „Die Forschungsuniversität in der Helmholtz-Gemeinschaft“ schafft und vermittelt das KIT Wissen für Gesellschaft und Umwelt. Ziel ist es, zu den globalen Herausforderungen maßgebliche Beiträge in den Feldern Energie, Mobilität und Information zu leisten. Dazu arbeiten rund 9 800 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter auf einer breiten disziplinären Basis in Natur-, Ingenieur-, Wirtschafts- sowie Geistes- und Sozialwissenschaften zusammen. Seine 22 300 Studierenden bereitet das KIT durch ein forschungsorientiertes universitäres Studium auf verantwortungsvolle Aufgaben in Gesellschaft, Wirtschaft und Wissenschaft vor. Die Innovationstätigkeit am KIT schlägt die Brücke zwischen Erkenntnis und Anwendung zum gesellschaftlichen Nutzen, wirtschaftlichen Wohlstand und Erhalt unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Das KIT ist eine der deutschen Exzellenzuniversitäten.

Bild: Forschung zur Herstellung klimaneutraler Kraftstoffe im Energy Lab am KIT. Europas größte Forschungsinfrastruktur für erneuerbare Energien wird ebenfalls Teil des Ökosystems von RISEnergy. (Foto: Amadeus Bramsiepe, KIT)

27. Februar 2024

Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) und das Helmholtz-Institut Freiberg (HIF) bestätigen gemeinsam die Wirkung einer Graphit-Wiederaufbereitungstechnologie des australischen Unternehmens EcoGraf. Die Firma reinigte die zurückgewonnenen Graphitpartikel von Lithium-Ionen-Batterien und ließ anschließend das Material durch deutsche Forschungseinrichtungen überprüfen.

Veröffentlichter Artikel zu diesem Projekt: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/cey2.483

Das Forschungsprogramm zielte auf einen Vergleich der elektrochemischen Leistung des recycelten Graphitmaterials mit vergleichbaren kommerziellen Produkten ab. Die Studie konzentrierte sich dabei auf die Rückgewinnung und Reinigung von Graphit aus ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien und umfasste eine Mischung aus NMC- und LCO-Batteriechemie. Durch Schaumflotation konnte Graphit erfolgreich aus der sog. „Schwarzen Masse“ zurückgewonnen und das resultierende Konzentrat einer Reinigung unterzogen werden.

Die Testergebnisse bestätigten, dass die elektrochemische Leistung des zurückgewonnenen Graphits aus ausgedienten Lithium-Ionen-Batterien mit der des brandneuen kommerziellen Anodengraphits übereinstimmt, wie in der folgenden Zusammenfassung dargestellt. Es wurde festgestellt, dass die Struktur und Morphologie des recycelten Graphits im Vergleich zu reinem kommerziellem Graphit in Anodenqualität im Wesentlichen unverändert sind und dass der recycelte Graphit trotz einiger geringfügiger Verunreinigungen aus dem Recyclingprozess eine bemerkenswerte reversible spezifische Kapazität von mehr als 350 mAh/g bietet.

Neu zusammengesetzte Kathodenzellen aus recyceltem Graphit und Li[Ni0.5Mn0.3Co0.2]O2(NMC532) weisen eine hervorragende Zyklenstabilität mit einer Kapazitätserhaltung von 80% nach 1.000 Zyklen auf, d.h. sie sind vergleichbar mit der Leistung von Referenz-Vollzellen, die aus reinem Material bestehen. Weitere Verfeinerungen der Elektrolytzusammensetzung führten zu einer bemerkenswerten Stabilität, was sich in einem vernachlässigbaren Kapazitätsverlust und einer gleichbleibenden Leistung über längere Zyklentests hinweg zeigte.

Eine der Innovationen des australischen Startups besteht darin, recyceltes Graphit mit hochwertigem tansanischem Graphit zur Herstellung von Anoden zu mischen und so nachhaltige Batterielösungen voranzutreiben und eine hohe Leistung in Lithium-Ionen-Zellen sicherzustellen.

Das Forschungsprogramm wurde in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Institut Freiberg für Ressourcentechnologie (HIF) durchgeführt. Die Projektergebnisse sind eine weitere Validierung der Wirksamkeit des Graphitreinigungsprozesses für die Herstellung von Hochleistungsbatteriegraphit.

Weiterführende Informationen:
https://www.ecograf.com.au/

30. Januar 2024

Die Nachfrage nach Energiespeichern wächst weltweit. Lithium-Ionen-Batterien werden sie aufgrund des Einsatzes kritischer Rohstoffe nur bedingt decken. Die Suche nach alternativen Batterietechnologien läuft daher auf Hochtouren: Ein vielversprechendes Projekt mit dem Namen „Vier-Volt-Natrium-Ionen-Batterie“ (4NiB) soll hier Fortschritte erzielen. In dem Vorhaben entwickelt das HIU gemeinsam mit dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) mit drei renommierten Partnern Natrium-Ionen-Batterien, die nicht nur leistungsstark und kosteneffizient sind, sondern auch eine umweltfreundliche Alternative darstellen. Vorgesehen ist, dass auch Bioabfälle eingesetzt werden. Die Batterien sollen auf Elektrofahrzeuge im Stadtverkehr und stationäre Batteriespeicher zugeschnitten sein. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Projekt unter dem Förderkennzeichen 03XP0572 mit 1,35 Millionen Euro über einen Zeitraum von drei Jahren.

Neben dem ZSW und dem HIU in Ulm gehören das Karlsruher Institut für Technologie (KIT) sowie das Forschungszentrum Jülich GmbH mit dem Institut für Energie- und Klimaforschung zu den Projektpartnern des 4NIB-Konsortiums. Weiterer Partner ist die Albert Ludwigs Universität Freiburg mit dem Freiburger Materialforschungszentrum (FMF).

4.700 Gigawattstunden bis 2030

In den Zukunftsszenarien für eine nachhaltige Energieversorgung sind Batterien ein Schlüsselelement und unverzichtbar, insbesondere zur Speicherung von regenerativ erzeugtem Strom und für die Elektromobilität. Der prognostizierte Anstieg des Bedarfs an Energiespeichern von 700 Gigawattstunden (2022) auf 4.700 Gigawattstunden (2030) erfordert nicht nur die Produktion der Batterien, sondern auch die Bereitstellung der hierfür notwendigen erheblichen Mengen an Rohstoffen.

Natrium statt Lithium

Eine derzeit junge, aber stark aufstrebende Technologie sind Natrium-Ionen-Batterien. Bei ihnen übernimmt Natrium die Aufgabe von Lithium. Natrium ist in großen Mengen vorhanden und kostengünstig, da es beispielsweise aus Natriumchlorid (Meersalz) gewonnen werden kann.

Die weiteren Schlüsselmaterialien der Natriumionen-Batterien enthalten weder Kobalt, noch Nickel oder Lithium und können somit ohne kritische Rohstoffe hergestellt werden. Durch den Verzicht auf teure Kupferfolien in der Batterie und Ersatz des heute in Lithium-Ionen-Batterien verwendeten Graphits durch alternative Kohlenstoffverbindungen, die aus nachwachsenden Rohstoffen gewonnen werden können, lassen sich zudem nicht nur Kosten reduzieren, sondern auch die Nachhaltigkeit weiter verbessern.

In China werden solche Natriumionenbatterien bereits kommerzialisiert, Europa muss daher so schnell wie möglich nachziehen. Bis zum wirklichen Massenprodukt werden jedoch noch einige Jahre vergehen, denn es muss viel an diesem neuen Batterietyp optimiert werden.

Revolutionäre Anodentechnologie: Hartkarbon ersetzt Grafit

Im Fokus des Vier-Volt-Natrium-Ionen-Batterie-Projekts steht die Entwicklung und optimale Abstimmung von Anoden, Kathoden und Elektrolyten, um eine leistungsstarke, kostengünstige und umweltfreundliche Natrium-Ionen-Batterie zu realisieren. Das Hauptziel des Projekts besteht darin, eine Hochleistungszelle im Pouch-Format zu präsentieren, die eine spezifische Energie von über 200 Wattstunden pro Kilogramm erreicht.

Kathodenseitig steht die Entwicklung von Hochvoltkathoden mit vier Volt im Fokus. Hierbei liegt der Schwerpunkt auf der Entwicklung sicherer, hochspannungsstabiler Mischphosphate aus Polyanionen. Mithilfe von Simulationen wird die optimale Zusammensetzung der eingesetzten Übergangsmetalle ermittelt, um die gespeicherte Energie zu maximieren. Die Anode wird auf der Basis von Hartkohle aus Bioabfall hergestellt, wobei Vorprodukte genutzt werden, die es in Deutschland reichlich gibt.

Der Elektrolyt wird eine nicht-wässrige Flüssigkeit sein, der zur Erhöhung der Leitfähigkeit und der Sicherheit eine sogenannte ionische Flüssigkeit zugesetzt werden kann. Es sollen zudem Strategien zur Vorladung (Vor-Sodierung) solcher Batterien entwickelt werden, um so die Energie in der Batterie zu maximieren.

Über das ZSW

Das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gehört zu den führenden Instituten für angewandte Forschung in den großen Themen der Energiewende: Photovoltaik, Windenergie, Batterien, Brennstoffzellen, Elektrolyse, eFuels, Circular Economy, Politikberatung sowie die Nutzung von KI zur Prozess- und Systemoptimierung. Gemeinsam mit der Industrie ebnen wir neuen Technologien den Weg in den Markt. An den ZSW-Standorten Stuttgart und Ulm arbeiten dafür mehr als 300 Kolleginnen und Kollegen sowie rund 100 wissenschaftliche und studentische Hilfskräfte. Das ZSW betreibt ein Testfeld für Windenergie und ein weiteres Testfeld für PV-Anlagen. Das ZSW ist Mitglied der Innovationsallianz Baden-Württemberg (innBW), einem Bündnis aus zehn wirtschaftsnahen Forschungseinrichtungen.

Weitere Information:
https://www.zsw-bw.de/presse/aktuelles/detailansicht/news/detail/News/natrium-ionen-batterien-auf-basis-nachwachsender-rohstoffe-fuer-den-markt-vorbereiten.html