Als Batterien der nächsten Generation haben Festkörperbatterien das Potenzial, die Elektromobilität massentauglich zu machen und Strom aus erneuerbaren Energien langfristig, effizient und zuverlässig zu speichern. Sie zeichnen sich aus durch große Speicherkapazitäten, kurze Ladezeiten und hohe Sicherheit. Im jetzt startenden Kompetenzcluster FestBatt forschen deutschlandweit 14 wissenschaftliche Einrichtungen gemeinsam an der Entwicklung und Produktion dieser neuartigen Batterietechnologie. Forscher des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt bringen dabei ihre Kompetenzen im Bereich der Modellierung und Simulation ein, um die grundlegenden Prozesse im Inneren einer Festkörperbatterie besser zu verstehen.
Abb.: Computertomographische Aufnahme der Lithiumionen-Verteilung einer Batterieelektrode. (Bild: DLR)
Die aktuell häufig eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien haben in ihrem Inneren einen flüssigen Elektrolyten. Dieser ermöglicht den Austausch der Ionen zwischen den beiden Elektroden und somit die Stromproduktion – er ist allerdings auch brennbar. Fehler bei Ladevorgängen, Betrieb oder Lagerung können zu Brand oder Explosion der Batterien führen. Im Gegensatz dazu bestehen Elektroden und Elektrolyt bei Festkörperbatterien aus festen Materialien, die nicht entflammbar sind. Zudem zeichnen sie sich durch eine lange Lebensdauer und Lagerfähigkeit aus und zeigen auch bei Temperaturschwankungen keine plötzlichen Leistungseinbrüche. Diese neuartige Batterietechnologie könnte Elektrofahrzeugen eine höhere Reichweite ermöglichen und sie sicherer machen.
Der Schwerpunkt des Kompetenzclusters liegt auf der Erforschung der benötigten Materialien sowie der für die Kommerzialisierung notwendigen Prozesstechnologie. Wissenschaftler der Abteilung für computergestützte Elektrochemie des DLR-Instituts für techische Thermodynamik werden dazu am Helmholtz-Institut Ulm gemeinsam mit Partnern an der TU Darmstadt, der TU München, der Uni Münster sowie am Helmholtz-Institut Münster und am Karlsruher Institut für Technologie in einer Methodenplattform arbeiten, die Theorien und Daten rund um die Festkörperbatterie zusammenbringt. „Wir werden vor allem computerbasierte Modelle und Simulationen entwickeln, mit deren Hilfe wir die Prozesse im Inneren von Festkörperbatterien besser verstehen und optimieren können – von der Materialebene über die Struktur der Elektroden bis hin zur Batteriezelle“, erklärt Arnulf Latz, der die Abteilung für computergestützte Elektrochemie am DLR-Institut für technische Thermodynamik und Helmholtz-Institut Ulm leitet. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung fördert FestBatt mit 16 Millionen Euro für einen Zeitraum von sechs Jahren. Koordiniert wird das Vorhaben durch Jürgen Janek von der Uni Gießen (JLU).
DLR / RK
