Vielversprechend: Feststoffbatterien
Im Projekt KAROFEST erforschen Wissenschaftler:innen der Humboldt-Universität gemeinsam mit Partnern innovative Materialkonzepte für neue Batterien
Feststoffbatterien (SSBs) zählen zu den aussichtsreichsten Alternativen zu etablierten Lithiumionenbatterien, die in Mobiltelefonen, Digitalkameras, Elektro- und Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen. Haupttreiber für die Entwicklung der Lithiumionentechnologie ist der Wunsch nach noch höherer Energiedichte. Die Akkus bergen aber auch Nachteile in sich. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte neue Projekt KAROFEST, die Abkürzung steht für „Kationen - Anionen RedOx Aktivmaterialien für Feststoffbatterien“, forscht an Feststoffbatterien, die potenziell wichtige Vorteile gegenüber den bisher gebräuchlichen Lithiumionenakkus aufweisen können.
KAROFEST ist ein Gemeinschaftsvorhaben der Humboldt-Universität, der Justus-Liebig-Universität Gießen und der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster. „Die Entwicklung von Feststoffbatterien ist sehr komplex und erfordert eine komplementäre Expertise, die sich nur im Verbund bewältigen lässt“, sagt Philipp Adelhelm, Professor am Institut der Chemie der HU und Koordinator von KAROFEST.
Feststoffbatterien zeichnen sich gegenüber heutigen Akkus dadurch aus, dass sie ausschließlich aus festen Materialien bestehen. Dies erhöht die Sicherheit, da auf die organischen, leicht brennbaren flüssigen Elektrolyten heutiger Lithiumionenakkus verzichtet wird. Zudem lassen sich durch dieses Konzept möglicherweise deutlich höhere Energiedichten erzielen.
Im Verbundprojekt werden Lithium-Feststoffbatterien mit ressourcenschonenden Aktivmaterialien (Eisen- und Kupfersulfide) kombiniert. Im Mittelpunkt der Forschung stehen Untersuchungen zum Reaktionsmechanismus der Materialien sowie eine Optimierung der Energie- und Leistungsdichte. Derzeit werden vor allem oxidische Kathodenaktivmaterialien für Feststoffbatterien eingesetzt, die der Lithiumionentechnologie entlehnt sind und somit vor allem auf Nickel-reichen und/oder Kobalt-haltigen Materialien beruhen.
Im Projekt KAROFEST sollen hingegen Sulfide wie Kupfer- oder Eisensulfid eingesetzt werden. Ihr Einsatz anstelle von Nickel und Kobalt ist zum einen nachhaltiger, Kupfer - und Eisenbasierte Sulfide finden sich als natürlich vorkommende Mineralien auch in Deutschland. Zum anderen weisen Sulfide gegenüber Oxiden andere mechanische Eigenschaften sowie überraschende Redoxeigenschaften wie eine ausgeprägte Anionenredoxaktivität auf, die sie für die Anwendung in Feststoffbatterien besonders interessant machen.
Das Projekt wird im Rahmen des Dachkonzepts „Forschungsfabrik Batterie“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung in der Förderinitiative Batterie 2020 Transfer über drei Jahre gefördert. Es umfasst neben den wissenschaftlichen Einrichtungen auch einen Industriebeirat, der für eine technologische Umsetzung beratend zur Seite steht. Leiter der wissenschaftlichen Arbeitsgruppen sind Prof. Philipp Adelhelm (HU Berlin), Prof. Jürgen Janek (JLU Gießen) und Prof. Wolfgang Zeier (WWU Münster).
Weitere Informationen
Kontakt
Prof. Dr. Philipp Adelhelm
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Chemie
Tel.: +49 30 2093-82612
philipp.adelhelm(at)hu-berlin.de
Pressemitteilung HU vom 21.10.2022