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.
13.04.2023 Dr. Nicolas Peter Forschungszentrum Jülich GmbH, Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK), Wilhelm-Johnen-Straße, 52428 Jülich, Germany
15.05.2023 Dr. Yaolin Xu Electrochemical Energy Lab, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Cambridge, MA 02139, USA
17.05.2023 Prof. Dr. Sai Gautam Gopalakrishnan Department of Material Engineering, Indian Institute of Science, Bengaluru 560012
07.06.2023 Prof. Dr. Laurence J. Hardwick Stephenson Institute for Renewable Energy, Department of Chemistry, University of Liverpool, UK
21.06.2023 Dr. Irene Osada Robert Bosch Power Tools GmbH, 70538 Stuttgart, Germany
22.06.2023 Prof. Dr. Senentxu Lanceros-Mendez BCMaterials, Basque Center for Materials, Applications and Nanostructures, 48940 Leioa, Spain
06.07.2023 Prof. Dr. Robert Dominko National Institute of Chemistry, Ljubljana, Slovenia
26.07.2023 Dr. Ali Ahmadian Karlsruhe Institute of Technology (KIT), Institute of Nanotechnology & Karlsruhe Nano Micro Facility, Eggenstein-Leopoldshafen, Germany
28.07.2023
Dr. María Arnaiz Centre for Cooperative Research on Alternative Energies (CICenergiGUNE)
28. März 2023
Forschende des HIU und des Karlsruher Instituts für Technologie haben ein preisgünstiges und umweltverträgliches Wiederverwertungsverfahren für Lithium emtwickelt. Ihre Publikation erschien jünsgt in „Nature Communications Chemistry“. Aus Batterieabfällen bis zu 70 Prozent des Lithiums zurückgewinnen, ohne dass korrosive Chemikalien, hohe Temperaturen oder eine vorherige Sortierung der Materialien erforderlich sind: Dies ermöglicht ein am KIT entwickeltes Recyclingverfahren, das mechanische Prozesse und chemische Reaktionen verbindet. Die Methode erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling unterschiedlichster Lithium-Ionen-Batterien.
Lithium-Ionen-Batterien durchdringen unseren Alltag: Sie versorgen nicht nur Notebooks und Smartphones, Spielzeug, Fernsteuerungen und andere kleine Geräte kabellos mit Strom, sondern fungieren auch als wichtigster Energiespeicher für die rasch wachsende Elektromobilität. Der zunehmende Einsatz dieser Batterien verlangt ökonomisch und ökologisch nachhaltige Methoden zum Recycling. Heute werden aus Batterieabfällen vor allem Nickel und Kobalt, Kupfer und Aluminium sowie Stahl zurückgewonnen und wiederverwertet. Die Rückgewinnung von Lithium ist derzeit noch teuer und wenig ertragreich. Die verfügbaren, meist metallurgischen Verfahren verbrauchen viel Energie und/oder hinterlassen schädliche Nebenprodukte. Demgegenüber versprechen Ansätze der Mechanochemie, die mechanische Prozesse nutzen, um chemische Reaktionen herbeizuführen, eine höhere Ausbeute bei niedrigerem Aufwand sowie mehr Nachhaltigkeit.
Ein solches Verfahren hat nun das Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) des KIT zusammen mit dem vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) und der EnBW Energie Baden-Württemberg AG entwickelt. In der Zeitschrift Nature Communications Chemistry stellen die Forschenden ihre Methode vor. Sie erreichen damit eine Rückgewinnungsrate von bis zu 70 Prozent für das Lithium, ohne dass es korrosiver Chemikalien, hoher Temperaturen oder einer vorherigen Sortierung der Materialien bedarf. „Das Verfahren eignet sich zur Rückgewinnung von Lithium aus Kathodenmaterialien unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung und damit für viele verschiedene marktübliche Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Dr. Oleksandr Dolotko vom IAM-ESS des KIT und vom HIU, Hauptautor der Publikation. „Es erlaubt ein kostengünstiges, energieeffizientes und umweltverträgliches Recycling.“
Reaktion läuft bei Zimmertemperatur ab
Die Forschenden verwenden für ihr Verfahren Aluminium als Reduktionsmittel in der mechanochemischen Reaktion. Da Aluminium bereits in der Kathode enthalten ist, kommt das Verfahren ohne zusätzlich zugeführte Stoffe aus. So funktioniert es: Die Batterieabfälle werden zunächst zermahlen. Dann werden sie in einer Reaktion mit Aluminium eingesetzt, um metallische Verbundwerkstoffe mit wasserlöslichen Lithiumverbindungen zu erzeugen. Das Lithium wird daraufhin zurückgewonnen, indem die wasserlöslichen Verbindungen in Wasser aufgelöst und anschließend erhitzt werden, um das Wasser durch Verdampfen zu entfernen. Da die mechanochemische Reaktion bei Umgebungstemperatur und -druck abläuft, ist das Verfahren besonders energieeffizient. Ein weiterer Vorteil liegt im einfachen Ablauf, was den Einsatz im industriellen Maßstab erleichtern wird. Denn schon in näherer Zukunft werden große Mengen von Batterien zum Recycling anfallen.
Originalpublikation (Open Access)
Oleksandr Dolotko, Niclas Gehrke, Triantafillia Malliaridou, Raphael Sieweck, Laura Herrmann, Bettina Hunzinger, Michael Knapp & Helmut Ehrenberg: Universal and efficient extraction of lithium for lithium-ion battery recycling using mechanochemistry. Communications Chemistry, 2023. https://doi.org/10.1038/s42004-023-00844-2
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.
Fotos: Amadeus Bramsiepe, KIT.
16. März 2023
Der HIU-Forschungsgruppenleiter Dr. Simon Fleischmann erhält dieses Jahr ein hochdotiertes Stipendium der Daimler und Benz Stiftung. Mit ihm wurden zwölf weitere Forschende, größtenteils Postdocs und Juniorprofessor*innen, ausgezeichnet. Die Dauer der Stipendien beläuft sich auf zwei Jahre. Dr. Simon Fleischmann leitet die Forschungsgruppe „Elektrochemische Grenzflächen im Nanoconfinement“ am HIU.
Die Auszeichnung soll die berufliche Karriere gerade während der produktiven Phase nach ihrer Promotion stärken. Die Fördersumme beträgt 40.000 Euro pro Stipendium. Das Förderprogramm steht Bewerbern und Bewerberinnen sämtlicher wissenschaftlicher Disziplinen offen, es gibt keine thematischen Einschränkungen. Fleischmanns gefördertes Forschungsthema liest sich wie folgt: „Natrium ersetzt Lithium: Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien für eine nachhaltigere Batteriezelle“. Bei seiner Forschung am HIU kooperiert er mit dem Karlsruher Institut für Technologie und der Reinhard Frank-Stiftung.
— Helmholtz Institute Ulm ???? (@HelmholtzUlm) March 23, 2023
Projektbeschreibung
Lithium-Ionen-Batterien erfahren enorme Nachfrage in E-Autos, tragbarer Elektronik oder in stationären Energiespeichern – Tendenz steigend. Während bisherige Entwicklungen meist auf die Steigerung der Energiedichte abzielten, gewinnen in Zeiten gestörter Lieferketten und Rohstoffknappheit Aspekte der Nachhaltigkeit verstärkt an Bedeutung. Ein vielversprechender Ansatz ist das Ersetzen von Lithium mit chemisch ähnlichem, aber in großen Mengen verfügbarem Natrium. Dessen größerer Durchmesser stellt jedoch besondere Ansprüche an die Elektroden, damit sie die Ionen mit hoher Reversibilität aufnehmen und abgeben können. Das Projekt von Simon Fleischmann erforscht neue Elektrodenmaterialien, welche speziell für den Natriumtransport bei schnellen Raten und mit hoher Langzeitstabilität ausgelegt werden.
Simon Fleischmann ist Materialwissenschaftler am HIU und promovierte 2018 an der Universität des Saarlandes. Im Anschluss forschte er zwei Jahre als Postdoc an der North Carolina State University und ein Jahr als Gewinner des Young Energy Storage Scientist Award und Stipendiat an der Université Paul Sabatier in Toulouse. Seit November 2021 ist er Nachwuchsgruppenleiter am Helmholtz-Institut Ulm. Bei seiner Arbeit forscht er u.a. an innovativen Materialien für Batterien und Superkondensatoren.
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Forschungsstandort Ulm deckt alle Schritte der Batterieentwicklung ab
Ministerpräsident Winfried Kretschmann zu Besuch beim Exzellenzcluster POLiS, dem HIU und dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg
Ministerpräsident Winfried Kretschmann besuchte am 3. Februar 2023 den Excellenzcluster POLiS (Post Lithium Storage), CELEST und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) am Forschungsstandort Ulm, um sich über die Batterieforschung zu informieren. Bei einem Laborrundgang im Excellenzcluster verschaffte er sich einen persönlichen Überblick über ein weltweit einmaliges, volldigitalisiertes und vollautomatisiertes Labor zur beschleunigten Materialentwicklung. Am ZSW standen die Anlagen zur Erforschung der seriennahen Produktion von großen Lithium-Ionen-Zellen im Fokus.
„Der Excellenzcluster POLiS, die Forschungsplattform CELEST und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind Knotenpunkte der Batterie- und Wasserstoffforschung. Hier wird Batterietechnologie auf ein ganz neues Level gehoben. Mit der Entwicklung neuer Batteriematerialien, die nicht mehr auf kritische Materialien angewiesen sind, wird in Ulm ein extrem wichtiger Beitrag dazu geleistet, dass unsere Wirtschaft unabhängiger werden kann – schließlich haben uns die geopolitischen Veränderungen vor Augen geführt, welche Auswirkungen Abhängigkeiten haben können“, so Ministerpräsident Kretschmann. „Als Landesregierung haben wir auch deswegen den Runden Tisch Batterie initiiert, um Forschung und Unternehmen in diesem Bereich zusammenzubringen. Und um Herausforderungen und Entwicklungen bei der Batterietechnik früh zu erkennen und zu begleiten.“
„An der Universität Ulm geht die elektrochemische Grundlagenforschung in die 1980er-Jahre zurück. Heute sind mehr als 400 Mitarbeitende an verschiedenen Einrichtungen an der gesamten Entwicklungskette der Batterieforschung tätig und machen Ulm damit zu einem der Batterie-Kompetenzzentren in Europa“, so Prof. Michael Weber, Präsident der Universität Ulm.
„Am KIT verfolgen wir in der Batterieforschung einen transdisziplinären Ansatz, der die gesamte Wertschöpfungskette umfasst. Von der Materialforschung über die Produktionstechnik und Zellentwicklung bis zu kompletten Energiespeichersystemen arbeiten wir an innovativen Lösungen.“ sagt Prof. Holger Hanselka, der Präsident des KIT. „Dabei arbeiten wir praxisnah und kooperieren eng mit der Industrie und unseren renommierten Partnerinstitutionen in Ulm und auf der ganzen Welt, um einen Beitrag zur Energiewende zu leisten.“
„Aufgrund der langjährigen Expertise der Universität Ulm und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sind gemeinsam mit dem ZSW das Helmholtz-Institut Ulm, POLiS und die Forschungsplattform CELEST entstanden. Die CELEST-Initiative macht uns zu einem der größten Player in der Batterieforschung weltweit“, so Prof. Dr. Maximilian Fichtner, Direktor von CELEST und Sprecher des Exzellenzcluster POLiS.
„Batteriematerialien, Batteriezellen und komplette Batteriesysteme – insbesondere für die Elektromobilität – entwickeln sich in rasanter Geschwindigkeit weiter. Im Ulmer Science Park sind alle Akteure bestens aufgestellt, um Entwicklungstrends in Batterien umzusetzen“, sagt. Prof. Dr. Markus Hölzle, ZSW-Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien. Der Fokus am ZSW in Ulm liegt auf dem Technologietransfer vom Labormaßstab in die Serienfertigung.“
Batterien auf Basis von Natrium, Magnesium und Calcium
Der Exzellenzcluster POLiS erforscht nachhaltigere Batteriematerialien und Technologiekonzepte auf Basis von Natrium, Magnesium und Calcium, die ohne Lithium und weitere kritische Rohstoffe auskommen. Einen wichtigen Baustein zur Erforschung der Lithium-Alternativen stellt die erste automatisierte Plattform zur beschleunigten Batteriematerial-Entwicklung dar. „Unsere Anlage ist in der Lage, rund um die Uhr Batterien zu bauen, tausende Grenzflächen zu analysieren, mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) auszuwerten und neue Versuche zu planen. Neben der Beschleunigung durch Automatisierung kann durch die Algorithmen und KI eine zusätzliche, um den Faktor 10 schnellere, Optimierung erreicht werden und vielversprechende Batteriematerialien schneller und kostengünstiger zur Marktreife gebracht werden“, so Tenure-Track-Prof. Helge Stein (KIT), Forschungsbereichssprecher bei POLiS. Die Forschungsanlage ist zudem in einen europäischen Rahmen eingebettet. Die von der Anlage erfassten Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus werden mit 34 Institutionen aus 15 Ländern im Projekt BIG-MAP der europäischen Forschungsinitiative BATTERY2030+ geteilt, in der auch CELEST eine wichtige Rolle spielt.
Industrielle Produktionsforschung vom Material bis in die Zelle
Mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am ZSW beschäftigen sich seit vielen Jahren mit Lithium-Ionen und Post-Lithium-Batterien. Hierbei verfolgt das Institut eine ganzheitliche Herangehensweise: Beginnend bei der Herstellung und Charakterisierung von Aktivmaterialien über den Bau von kompletten Batteriesystemen und deren Testung enden die Arbeiten mit dem Thema Batterierecycling. Ministerpräsident Winfried Kretschmann besichtigte die seit 2013 betriebene und im Jahr 2022 erweiterte, europaweit einzigartige Pilotanlage zur industriellen Produktion von großen Lithiumionenzellen, wie sie heute in Elektrofahrzeugen verbaut werden. Eine weitere Station der Besichtigung war die Baustelle für das neue Technikum „Powder-Up“. In den nächsten zwölf Monaten errichtet das ZSW einen Neubau für eine Pilotanlage zur Herstellung von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien in Materialchargen von 100 Kilogramm. Solche Mengen sind erforderlich, um große Batteriezellen für Elektroautos oder stationäre Speicher überhaupt erst herstellen zu können. Die Anlagen decken die komplette Produktionskette ab, ermöglichen aber auch Forschungsarbeiten zu einzelnen Fertigungsschritten. Die hergestellten Batteriematerialien können dann in Pilotanlagen bei Forschungsinstituten oder bei Batterieproduzenten eingesetzt werden. Das Land Baden-Württemberg unterstützt diesen Neubau mit 10 Millionen Euro.
Über das HIU
Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) wurde im Januar 2011 vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft in Kooperation mit der Universität Ulm gegründet. Mit dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie dem Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) sind zwei weitere renommierte Einrichtungen als assoziierte Partner in das HIU eingebunden. Das internationale Team aus rund 120 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern forscht im HIU an der Weiterentwicklung der Grundlagen von zukunftsfähigen Energiespeichern für den stationären und mobilen Einsatz.
5. bis zum 08. Dezember 2022
Vom 5. bis zum 8. Dezember fand in Ulm die 7. ICNaB-Konferenz – die „Internationale Konferenz zu Natrium-Batterien“ statt. Die Veranstalter, das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) und das Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) begrüßten über 200 Forschende und zahlreiche Repräsentant*innen aus Wissenschaft, Industrie und Politik.
Das Programm bestand aus 41 Vorträgen, der Präsentation von wissenschaftlichen Postern sowie der Auszeichnung derer. Das Organisatoren-Duo, bestehend Dr. Margret Wohlfahrt-Mehrens (ZSW) und Prof. Dr. Stefano Passerini (HIU), gab sich optimistisch: „Die ICNaB-Konferenz zeigte die vielen verschiedenen Aspekte von Natriumbatterien auf, die derzeit untersucht und entwickelt werden, um sie billiger, technologisch ausgereifter und vor allem nachhaltiger zu machen. Die Konferenz unterstrich das weltweite Industrie-Interesse an Natriumbatterien als Komplementärspeichern zu Lithium-Ionen-Batterien“, sagte Passerini.
Natrium-Ionen-Batterien stehen in Passerinis Forschungsgruppe im Vordergrund. Diese Zellen bestehen aus Materialien, die als verfügbar, unkritisch, besonders preiswert, leistungsstark und gleichzeitig langlebig beschrieben werden. Deshalb gelten diese Batterien auch als nachhaltig. Schon nächstes Jahr rechnet Passerini mit dem Hochfahren der Natriumbatterie-Produktion.
Die ICNaB-Konferenz in Ulm befasste sich auch mit dem Werdegang der Natriumbatterien vom Labor bis zur Massenproduktion. Dieser Übergang aus der Forschung bis hin zur industriellen Produktion bringt vielerlei Herausforderungen sowohl für Hochschulen als auch für Unternehmen mit sich: Von der Materialentwicklung, der Beschaffung, Einsatzorten bis hin zum Anlagenbau und Personalfragen. Darüber hinaus widmete sich die Konferenz notwendigen Infrastrukturinvestitionen sowie einer nachhaltigen Produktion und Wiederverwertung.
Darüber hinaus thematisierte die Konferenz auch die notwendigen Infrastrukturinvestitionen und die Notwendigkeit einer nachhaltigen Produktion und eines nachhaltigen Recyclings. Eine wissenschaftliche-Poster Session gab Teilnehmern, vor allem jungen Wissenschaftler*innen, eine Plattform für Diskussionen. Hierbei waren insbesondere das Exzellenzcluster POLiS, die Universität Ulm, sowie das HIU und das ZSW beteiligt.
It is so good to be at conferences in person again, and what a fabulous and friendly crowd at #icnab for our PhD student Izzah at her first poster presentation. pic.twitter.com/hiLfVkyYff
— Energy Materials Group (Birmingham) (@EnergyMatBham) December 7, 2022
Preisverleihung der besten Poster
1. Platz (Preis von EERA JP Energy Storage: 300 EUR)
Gewinnerin: Emily Foley, UC Santa Barbara (USA)
Postertitel: „Investigating Polymorphism and Synthesis in Na2Fe2F7 and its Effect on Electrochemical Properties“
2. Platz (Preis von EERA JP Energy Storage: 200 EUR)
Gewinner: Alexander Martin Kempf, TU Darmstadt (DE)
Postertitel: „Unlocking high-rate performance in C/Sn-composites by employing an ultra-fast heating process“
3. Platz (Preis von „ChemSusChem“ book voucher at „Wiley“: 200 EUR)
Gewinner: Till Ortmann, Justus Liebig University Giessen (DE) (POLIS)
Postertitel: „Growth Behaviour of Sodium Metal at NaSICON-Type Solid Electrolyte for Reservoir-free Sodium Solid State Batteries“
4. Platz (Preis von „Batteries&Supercaps“ book voucher at „Wiley“: 100 EUR)
Gewinnerin: Silvia Porporato, Polytechnic of Turin (IT)
Postertitel: „An electrochemical investigation of electrode materials coupled with ionic liquid-based electrolytes for Na-ion batteries“
Im Verbundprojekt CaSino arbeiten Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) mit Partnern an Batterien der nächsten Generation.
Ob Elektromobilität, tragbare Elektronik oder Netzspeicher für die Stromversorgung – ein Leben ohne Lithium-Ionen-Batterien ist heute nur schwer vorstellbar. Doch der Abbau von Lithium und weiterer notwendiger Rohstoffe wie Nickel und Kobalt verursacht hohe ökologische Kosten und stößt bald an natürliche Grenzen. Eine Alternative sind möglicherweise Calcium-Schwefel-Batterien, deren Entwicklung in dem vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) koordinierten Verbundprojekt CaSino vorangetrieben wird.
Fueled by our electrolyte. And our anode which makes >5000 cycles. Again, the challenge is the polysulfides. https://t.co/23EZQ78FDA
„Calcium besitzt wie Lithium eine hohe Speicherkapazität und Zellspannung“, sagt Maximilian Fichtner, Direktor des vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Instituts Ulm (HIU). „Es ist außerdem das fünfthäufigste Element in der Erdkruste und weltweit gleichmäßig verfügbar. Daher ist Calcium auch viel kostengünstiger als Lithium und bietet eine stabilere Materialienlieferkette.“ Mit der Entwicklung von ersten stabilen Prototypen hatte das Team am HIU bereits zuvor den Grundstein für die neue Calcium-Technologie gelegt. Durch innovative Materialentwicklung sollen in CaSino nun wesentliche Fortschritte in Bezug auf Zyklenstabilität und Energiedichte erreicht werden.
Verbesserte Elektrolyte für eine längere Lebensdauer
„Die größte Herausforderung ist nach wie vor die Reaktionsfreudigkeit des Calciums, wodurch es ungünstige Oberflächenschichten ausbildet“, erklärt Zhirong Zhao-Karger vom HIU, die das Projekt leitet. „Dank eines Elektrolyten auf Bor-Basis erzielen wir aber bereits nach dem letzten Stand der Technik die besten elektrochemischen Eigenschaften.“ Gemeinsam mit der IoLiTec GmbH, einem Spezialisten für ionische Flüssigkeiten, wird am HIU nun eine weitere Verbesserung des Elektrolyten angestrebt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert CaSino für vorerst drei Jahre.
Prof. Dr. Stefano Passerini ist mit der diesjährigen Alessandro-Volta-Medaille ausgezeichnet worden. Die Auszeichnung fand bereits während des 242. Meetings der Gesellschaft für Elektrochemie (ECS) in Atlanta (USA) am 12. Oktober 2022 statt. Die Gesellschaft vergibt den Preis alle zwei Jahre für herausragende Forschungsarbeiten auf dem Gebiet der Elektrochemie und Festkörperforschung.
Die Jury zeichnete Passerinis Forschungsaktivitäten zur Entwicklung von Materialien für Hochenergiebatterien und Superkondensatoren aus. Diese verfolgen das Ziel, nachhaltige Energiespeichersysteme aus umweltfreundlichen und verfügbaren Materialien zu schaffen.
Der italienische Chemiker, derzeit stellvertretender Direktor des Helmholtz-Instituts Ulm, erhielt den Preis insbesondere als Pionier auf dem Gebiet der ionischen Flüssigkeiten und der Entwicklung von Natrium-Ionen-Batterien. Stefano Passerini gilt seit Jahren als einer der meistzitiertesten Wissenschaftler auf diesem Fachgebiet und veröffentlichte bereits mehr als 600 Artikel in Fachzeitschriften, Büchern sowie Konferenzbeiträgen.
Natrium-Ionen-Batterien stehen in Passerinis Forschungsgruppe im Vordergrund. Diese Zellen bestehen aus Materialien, die als verfügbar, besonders preiswert, leistungsstark und gleichzeitig langlebig beschrieben werden. Deshalb gelten diese Batterien auch als nachhaltig. Schon nächstes Jahr rechnet Passerini mit dem Hochfahren der Natriumbatterie-Produktion.
Zusammen mit Passerini wurde Jerry Barker als Mitbegründer der britischen Faradion Ltd. ausgezeichnet. Das Start-up Unternehmen verkauft erste Na-Ionen-Batterien.
Die Auszeichnung besteht aus einer Silbermedaille und einem Preisgeld von 2.000 US-Dollar. Wie jeder Preisträger wurde Passerini eingeladen, einen „Volta Award-Vortrag“ zu einem Thema zu halten, das für ihn von großem Interesse ist. In diesem Vortrag („From the Oil Barrel to Reactive Metals: An Approach to the Energy Transition“) stellte Passerini verschiedene Lösungen elektrochemischer Speichermodelle vor.
Besonders reaktive, metallbasierte Speichersysteme auf Aluminium- und Natriumbasis seien laut Passerini in der Lage, alle Nachhaltigkeits- und Speicherkriterien zu erfüllen. Sowohl die Dampfverbrennung von geschmolzenem Aluminium zur Wasserstoff- und Wärmeerzeugung stellten interessante Modelle dar. Außerdem könnten flüssige Salzwasserbatterien eines Tages dabei helfen, Energie elektrochemisch in Meerwasser zu speichern.
Die Volta-Medaille wurde von der „Europa-Sektion“ der Gesellschaft für Elektrochemie im Jahre 1998 ins Leben gerufen, um herausragende Leistungen in der Elektrochemie und der wissenschaftlichen und technologischen Festkörperforschung anzuerkennen.
Alessandro Volta war ein italienischer Wissenschaftler und gilt als Erfinder der Elektrochemie. Er gilt erfand die „Volta’sche Säule“, heute bekannt als die erste elektrische Batterie. Die SI-Einheit des elektrischen Potentials (Spannung), besser bekannt als Volt, ist nach ihm benannt.
Das japanische Unternehmen Horiba vergibt seinen jährlichen Preis für innovative Arbeiten im Bereich der analytischen Messtechnik, die zur Dekarbonisierung beitragen. In diesem Jahr erhält Prof. Helge Stein, Forschungsgruppenleiter am HIU, den Preis für seine Forschung zur datengetriebenen Beschleunigung der Materialentdeckung und Hochskalierung durch korrelative Spektroskopie und Herstellung im Labormaßstab.
Der mit 500.000 Yen dotierte Preis wurde Prof. Stein verliehen, da die Jury zur Überzeugung gekomen war, dass die von ihm erreichte Automatisierung von Experimenten zur Entdeckung von Battriematerialien zur Dekarbonisierung in allen Energiesektoren eine neue Dimension erreichen wird.
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Der Masao Horiba Award wurde 2003 ins Leben gerufen, um innovative Arbeiten in analytischen Messtechnologien hervorzuheben. Diese Informationen sind entscheidend für das Verständnis vieler Phänomene und bilden somit die Grundlage für neue wissenschaftliche Forschung. Diese Eigenschaften bilden auch die Grundlage für die Überführung von Werkstoffen in die industrielle Fertigung. Für die Produkt- und Prozessoptimierung sind diese Analyse- und Messtechniken unverzichtbar. Der Masao Horiba Award, benannt nach dem Gründer der HORIBA, Ltd., soll dazu beitragen, die Leistungen von Forschern zu beleuchten, die sich auf dem Gebiet der Analyse- und Messtechnik engagieren.
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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.
21.10.2022 Dr. Oleg A. Borodin Battery Science Branch, US DEVCOM Army Research Laboratory, Adelphi, USA
02.11.2022 Prof. Dr. Elie Paillard Politecnico di Milano, Milano, Italy
16.11.2022 Prof. Dr. Benjamin Butz Micro- and Nanoanalytics Facility, University of Siegen, Germany
21.12.2022 Dr. Theresa Schoetz Department of Chemical Engineering, The City College of New York, CUNY, NY 10031, USA
11.01.2023 Prof. Dr. Monika Schönhoff Institute of Physical Chemistry, University of Muenster
01.02.2023 Dr. Martina Mernini MG Marposs, Italy
06.02.2023 Dr. Nicolò Campagnol, Dr. Matthias Künzel & Monica Wang Battery Insights by McKinsey & Company, Rue Brederode 2, 1000 Bruxelles, Belgien, RUEDSD, Belgium
06.03.2023 Dr. Manuel Smeu
Department of Physics & Materials Science and Engineering Program, Binghamton University
06. bis 08. September 2022
Über 100 Batterie-Expert*innen trafen sich vom 6. bis 8. September in Ulm, um die aktuellsten Entwicklungen von Batterien zu erörtern, die ohne Lithium auskommen. Das vierte international Symposium on Magnesium Batteries, kurz MagBatt, hat sich seit 2016 in Ulm etabliert und lockt Forschende aus der ganzen Welt an. Diesmal wurde das Programm neben Magnesium-Batterien um multivalente Batterien erweitert und in insgesamt 37 Vorträgen und einer Postersession diskutiert.
Multivalente Batterien basieren auf Magnesium, Calcium, Aluminium und Zink. Sie bieten eine interessante Alternative in Bezug auf die Energiemenge, die geliefert werden kann, die Sicherheit, die Herstellungs- und Entsorgungskosten und die begrenzten Umweltauswirkungen. Die Entwicklung völlig neuer Batteriechemien ist eine große Herausforderung. Insbesondere die hohe kationische Leitfähigkeit von mehrwertigen Kationen wie Mg2+ und Ca2+, Zn2+ oder Al3+ ist bei Umgebungstemperaturen in Festkörperelektrolyten nur schwer zu realisieren. Es wurden verschiedene Phänomene entdeckt, die die Leitfähigkeit verbessern können, wie z. B. nanopartikuläre Zusätze, Nanoeinschluss, Stabilisierung ungeordneter polymorpher Formen mit hoher Dynamik im festen Zustand usw. Auch die Entwicklung von Elektroden, die mit Hochleistungselektrolyten kompatibel sind, ist schwierig.
