09.10.2018 Auf dem Weg zur Batterie der Zukunft

Universitäten Gießen und Marburg beteiligt am Kompetenzcluster „FestBatt“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung zu Festkörperbatterien

Felix Walther (l.) und Dr. Saneyuki Ohno bei der 3D-Analyse einer Festkörperbatterie am Physikalisch-Chemischen Institut der Justus-Liebig-Universität Gießen.

Mehr Sicherheit, größere Speicherkapazitäten, kürzere Ladezeiten – die Weiterentwicklung von Batterien ist mit großen Erwartungen verbunden. Dabei gewinnt das Konzept der Festkörperbatterie eine immer größere Bedeutung. Festkörperbatterien kommen ohne brennbare flüssige Elektrolyte aus und versprechen gegenüber den heute gängigen Lithiumionenbatterien höhere Energiedichten – und damit größere Reichweiten bei der Elektromobilität – sowie kürzere Ladezeiten. Um sowohl die Material- als auch die Prozesstechnologie von Festkörperbatterien weiterzuentwickeln, fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) der Kompetenzcluster „FestBatt“ ab September 2018 mit insgesamt rund 16 Millionen Euro für drei Jahre. Beteiligt daran sind 14 wissenschaftliche Einrichtungen: Universitäten – darunter die Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) und die Philipps-Universität Marburg (UMR) –, Helmholtz-Institute und Institute der Fraunhofer-Gesellschaft. Koordiniert wird der Kompetenzcluster durch das Zentrum für Materialforschung (ZfM) der JLU.

Der Kompetenzcluster „FestBatt“ besteht aus fünf Verbundprojekten: drei Material- und zwei Methodenplattformen. Zu den Zielen der ersten Projektphase gehören die Herstellung stabiler und hochwertiger Festelektrolyte und deren elektrochemische Charakterisierung. Die Entwicklung von Festkörperbatterien auf der Basis dieser Elektrolyte steht im Mittelpunkt weiterführender Arbeiten. Mehrere Arbeitsgruppen an der JLU und eine Arbeitsgruppe an der UMR, die auch im Schwerpunkt „Materialforschung“ des Forschungscampus Mittelhessen zusammenarbeiten, sind im Kompetenzcluster vertreten. Sie werden insgesamt mit mehr als 3,7 Millionen Euro gefördert.

„Materialien für die Energiewandlung, -speicherung und -einsparung zu entwickeln ist international eines der wichtigsten Arbeitsfelder der Materialforschung – nicht zuletzt aufgrund der enormen gesellschaftlichen Herausforderungen vor dem Hintergrund der anthropogenen Klimaveränderungen“, so JLU-Präsident Prof. Dr. Joybrato Mukherjee.

„Ich freue mich sehr darüber, dass die besondere Expertise der Gießener Forscherinnen und Forscher in der Festkörperelektrochemie mit der Koordination des Kompetenzclusters gewürdigt wurde und gratuliere allen beteiligten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ganz herzlich zu diesem großen Erfolg.“

Neben der Koordination des Clusters leiten die Gießener Forscherinnen und Forscher die Arbeit an Festkörperbatterien auf der Basis von speziellen Festelektrolyten (Lithiumthiophosphaten), die sich durch besonders günstige Eigenschaften auszeichnen. In der Zusammenarbeit der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jürgen Janek und der Emmy-Noether-Nachwuchsgruppe von Dr. Wolfgang Zeier, beide am Physikalisch-Chemischen Institut der JLU, wurden hierzu in den vergangenen Jahren sehr wichtige Vorarbeiten geleistet.

Weitere Beiträge wird die Arbeitsgruppe von Prof. Janek zu einer Methodenplattform für die Charakterisierung von Elektroden in Festkörperbatterien leisten. Auch hier haben die Gießener Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler bereits viel zur Aufklärung der Elektrodenkinetik beigetragen. Ebenfalls an dieser Methodenplattform beteiligt ist die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Kerstin Volz am Wissenschaftlichen Zentrum für Materialwissenschaften (WZMW) und Fachbereich Physik der Universität Marburg. Sie charakterisiert die in Festkörperbatterien eingesetzten Materialien mit modernsten elektronenmikroskopischen Methoden.

Am Physikalisch-Chemischen Institut und am Zentrum für Materialforschung (ZfM) der JLU wird in der Arbeitsgruppe um Prof. Janek und in assoziierten Nachwuchsgruppen seit einigen Jahren intensiv an festen Elektrolyten und deren Einsatz in Festkörperbatterien geforscht. An der Universität Marburg ist die Strukturforschung am Fachbereich Physik und am Wissenschaftlichen Zentrum für Materialwissenschaften seit Jahren eines der vernetzenden Themen. Dabei bündeln das ZfM als interdisziplinäres universitäres Forschungszentrum der JLU und das WZMW in Marburg die Aktivitäten aller materialwissenschaftlich arbeitenden Arbeitsgruppen an den beiden Universitäten. Den beiden Zentren gehören rund 400 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus über 45 Arbeitsgruppen und Nachwuchsgruppen der Fachgebiete Chemie und Physik an.

Weitere Informationen:

Der Forschungscampus Mittelhessen ist eine hochschulübergreifende Einrichtung nach §47 des Hessischen Hochschulgesetzes der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), der Philipps-Universität Marburg (UMR) und der Technischen Hochschule Mittelhessen (THM) zur Stärkung der regionalen Verbundbildung in der Forschung, Nachwuchsförderung und Forschungsinfrastruktur.

Der FCMH fördert Netzwerke, gemeinsame Forschungsprojekte, unterstützt den Transfer des Wissens in die Gesellschaft und schafft durch den Aufbau zukunftsweisender Kooperationsstrukturen Synergien zwischen den Hochschulen. Das Ziel ist, gemeinsam noch erfolgreicher in der internationalen Spitzenforschung und der exzellenten Nachwuchsförderung zu sein.

Die Forschenden der JLU, der UMR und der THM im Campus-Schwerpunkt „Materialforschung“ schaffen die für Anwendungen notwendigen naturwissenschaftlichen und technischen Grundlagen, erforschen die Herstellung und den Einsatz neuartiger Materialien und leisten einen maßgeblichen Beitrag zur Entwicklung und praktischen Nutzung zukunftsträchtiger Technologien.

www.fcmh.de/mat – Webseite des Campus-Schwerpunkts Materialforschung