Konsortialstudie „Future Battery Materials“

Autor: Dr. Ing. Philipp Wunderlich

Veröffentlicht am: 08.06.2020

Bereit für die nächste Generation

Die Lithium-Ionen-Batterie hat unseren Alltag revolutioniert – portable elektrochemische Energiespeicher sind gegenwärtig nicht mehr wegzudenken. Nicht ohne Grund wurden im letzten Jahr die Erfinder dieser Technologie, die heute unsere Smartphones, Laptops und Autos mit Energie versorgt, mit dem Chemie-Nobelpreis ausgezeichnet. Gut drei Jahrzehnte nach ihrer Kommerzialisierung liefern Lithium-Ionen-Batterie hohe Energie- und Leistungsdichten, die dank zielgerichteter Forschung und Entwicklung das technologische Potential dieser Zellchemie beinahe vollkommen ausschöpfen. Doch was bringt die Zukunft?

Ein besonders hohes Innovationspotential versprechen diejenigen Technologien, die aktuell in der Grundlagenforschung als Post-Lithium-Ionen-Batterien bekannt sind. Um ein Vielfaches höhere Energiedichten, deutlich günstigere Materialien und mehr Sicherheit – das alles sind die Versprechen einer Zellchemie der nächsten Generation. Insbesondere Konversions-Batterien und Nicht-Lithium-Interkalationsbatterien haben die Aufmerksamkeit von Forschern und der Öffentlichkeit auf sich gezogen. Zu den prominentesten Vertretern der Konversionsbatterien zählen die Lithium-Schwefel- und Lithium-Sauerstoff-Batterie. Hinter diesen vermeintlich simplen Elementkombinationen verstecken sich jedoch häufig komplexe Reaktionsmechanismen und hohe technologische Hürden. Neben den fundamentalen elektrochemischen Unterschieden dieser Systeme gibt es aber auch Gemeinsamkeiten, wie den Einsatz von metallischen Lithium-Anoden, was in Kombination mit Festkörperelektrolyten ebenso eine Schlüsseltechnologie für All-Solid-State Lithium-Ionen-Batterien darstellt. Das inzwischen gut erforschte Prinzip einer Interkalationsbatterie könnte auf andere Metallionen übertragen werden, sodass das Lithium durch häufiger in der Natur vorkommende, günstigere oder multivalente Metalle ersetzt wird. Die Batterie von Morgen könnte also auf der Basis von Natrium-, Magnesium- oder Aluminium-Ionen basieren. Neben den genannten Beispielen finden sich in der Forschung noch zahlreiche andere disruptive Ideen.

Doch welche Perspektiven haben die Post-Lithium-Ionen-Systeme? Welche Zellchemie wird das Rennen um die Zukunftstechnologie gewinnen?

Klarheit schaffen

Angesichts der bereiten und teils unübersichtlichen Forschungslandschaft möchte das PEM der RWTH Aachen für Transparenz sorgen. In der Studie „Future Battery Materials“ soll ein strategischer Überblick erarbeiten werden, der es erlaubt die Trends und Risiken im Bereich der Batterieforschung frühzeitig zu erkennen. Revolutionsversprechende „Super-Batterien“ werden genau unter die Lupe genommen um zu erörtern, welche tatsächliche technologische Reife die dahinterstehenden Zellkonzepte aktuell und zukünftig erreichen werden.

Um die Disruptionsfähigkeit einer neuartigen Batterie beurteilen zu können, muss zunächst ein tiefgreifendes Verständnis der jeweiligen Zellchemie entwickelt werden. Die Studie verfolgt daher einen ganzheitlichen Ansatz, der sowohl die fundamentale Elektrochemie, als auch technologische und wirtschaftliche Aspekte umfasst. Als zentrale Fragestellung gilt es herauszufinden, ob es machbar und auch sinnvoll ist die verschiedenen Kandidaten für Post-Lithium-Ionen-Batterien zu kommerzialisieren. Als Ergebnis dieser Untersuchung sollen konkrete Empfehlungen für die zukünftig relevanten Batteriematerialien und ‑Komponenten ausgesprochen werden, damit die aufgezeigten Chancen von Unternehmen ergriffen werden können. Die Studie, deren Inhalte die Partner aktiv mitgestalten können, soll eine strategische Positionierung ermöglichen von der aus zukünftigen Märkte rechtzeitig erkannt, die Vorausentwicklung neuer Materialien geplant und schlussendlich die richtige Technologie gefördert werden kann.

Haben Sie Interesse an der Teilnahme der Studie oder Fragen zu Post-Lithium-Ionen-Batterien? Ihre Ansprechpartner am PEM stehen für Sie bereit!

Kontakt

Dr.-Ing. Philipp Wunderlich;

p.wunderlich@pem.rwth-aachen.de