Das FB2-POLY Team: M. Sc. Hans-Konrad Weber (l.) war verantwortlich für die Suche nach den besten Bedingungen für die von den Projektpartnern hergestellten neuen Polymere, die mit Hilfe der Elektrospinntechnik auf Elektroden aufgebracht werden können. Caterina Bellatreccia, Masterstudentin der Universität Bologna, hat im Landshuter Zentrum ein Praktikum absolviert. Ihr Verantwortungsbereich war die Vorbereitung und den Zusammenbau der Zellen. Dr. Jonathan Flórez Montaño koordinierte das Projekt.

Batterien der Zukunft

16.09.2022

Würden Sie sich ein Elektroauto kaufen? Und wenn ja, welches? Zwei Punkte sind hier sicher entscheidend: Wie groß die Reichweite ist, also wieviele Kilometer Sie nach einmal Vollladen fahren können, und wie lange der Prozess des Aufladens benötigt. Es geht also um batteriebezogene Aspekte, und genau hieran arbeiten Dr. Jonathan Flórez Montaño und seine Kollegen unter der Leitung von Prof. Dr. Karl-Heinz Pettinger.

“Am Ende des Projekts wollen wir Materialien bereitstellen, die Deutschland künftig führend auf dem Gebiet der Batteriespeicher machen,“ erläutert Jonathan zu den Projekten COATEMO II und FB2-POLY, „und natürlich einen Beitrag leisten, den Klimawandel einzudämmen.“

Darf es etwas mehr sein? – die Speicherkapazität

Das kürzlich abgeschlossene Projekt „COATEMO II“ beschäftigte sich mit der Entwicklung von Materialien auf Siliziumbasis für die Herstellung von Anoden mit hoher Energiespeicherkapazität, die schnell aufgeladen werden können. COATEMO II war Teil des 6. Energieforschungsprogramms „Forschung für eine umweltschonende, zuverlässige und bezahlbare Energieversorgung“ des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi). Die Gesamtkosten des Projekts beliefen sich auf etwa 2.527.696 €, wovon etwa 65% vom BMWi und der Rest von unseren Industriepartnern finanziert wurden.

Diese Beschichtungsanlage (COATER Roll to Roll) wird zur Vorbereitung der Elektroden verwendet. Es handelt sich um ein Gerät, das von Landshuter TZE-Mitarbeitern entworfen und montiert wurde.

Eine der wichtigsten Errungenschaften der Landshuter Forschungsgruppe am TZE darin, die Produktionskonditionen für eine hocheffiziente Elektrode zu optimieren, die erste Energieeffizienz-Tests erfolgreich bestanden hat. Derzeit steht das Team um Jonathan Flórez Montaño in Kontakt mit einigen Partnern wie VARTA Microbattery und 3M Dyneon, um die Bedingungen der Elektrode in einer zylindrischen und einer Taschenbatterie zu optimieren. Eine der Herausforderungen ist nun der groß angelegte Montageprozess. Neue Montagetechniken wurden in den Landshuter Einrichtungen getestet – „vielversprechend“, meint Jonathan, „unsere Ergebnisse haben die Aufmerksamkeit einiger Industriepartner auf sich gezogen, mit denen wir die Elektrodenproduktion und den halbautomatischen Montageprozess im Pilotmaßstab verbessern wollen.“

Sicherer und platzsparender – Festkörperbatterie

Während Autos bisher fast alle noch mit herkömmlichen Lithium-Ionen-Akkus fahren, gelten Festkörperbatterien (SSB) als spannende Zukunftstechnologie. Hier kommt kein flüssiger Elektrolyt zum Einsatz, sondern ein fester oder polymerer Elektrolyt. Die Vorteile gegenüber den Lithium-Ionen-Akkus: Letztere benötigen Kühlvorrichtungen, die viel Platz einnehmen können, und besondere Sicherheitsvorkehrungen, da die flüssigen Elektrolyte meist brennbar sind. Außerdem könnte es Leckagen geben und Explosionsgefahr. Festkörperbatterien sind also platzsparender und sicherer.

Im Projekt „FB2-POLY“ wollen die Landshuter Batteriespezialisten daher Festkörperbatterien optimieren. Um die Produktionskosten der Batterien zu senken, sollen Anoden auf Siliziumbasis verwendet werden. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert in diesem Zusammenhang in der zweiten Phase des Kompetenzclusters FestBatt mehrere Projekte mit rund 23 Millionen Euro. „Zellplattform Polymere – FB2-POLY“ läuft voraussichtlich bis Oktober 2024. Die Koordination von FB2-POLY übernehmen das Helmholtz-Institut Münster und das Forschungszentrum Jülich. Neben der Hochschule Landshut beteiligen sich noch das Helmholtz-Institut Ulm und das Karlsruher Institut für Technologie. Das Landshuter Team erforscht Möglichkeiten, die Laminierungstechnik für den Aufbau und die Verbindung von Festkörperbatterien mit einem Polymer als Elektrolyt zu nutzen. Ziel ist, dieses Verfahren in die Großproduktion zu überführen. Dafür muss sich natürlich auch frühzeitig an die späteren Bedürfnisse der industriellen Entwicklung angepasst werden, also in engere Abstimmung mit den Industriepartnern entwickelt werden.

Technologie aus Landshut um die Welt

Vielleicht werden die Batterien, die wir künftig benutzen, alle ein Stück Landshut in sich tragen – und ein Stück Kolumbien. Jonathan hat dort seinen Abschluss als Chemiker gemacht und dann ein Postgraduiertenstudium in Spanien absolviert. Seine deutsche Frau hat er auf Teneriffa kennengelernt und ist dann in Deutschland auf Jobsuche gegangen. Die Forschungsprojekte von Professor Karl-Heinz Pettinger passten perfekt. „Zuvor habe ich eher Grundlagenforschung betrieben, jetzt ist meine Arbeit anwendungsbezogener“, berichtet er, „tatsächliche Fortschritte zu sehen ist sehr befriedigend.“

Im Projekt COATEMO II präsentieren Jonathan Flórez Montaño und seine Kollegin Frau M. Sc. Jingyu Xie eine Kupferfolie mit Elektrodenbeschichtung auf Siliziumbasis.

Steckbrief:

COATEMO II

FB2-POLY

Über das TZ Energie:
Das TZE als externes Technologietransfercenter am Standort Ruhstorf a. d. Rott bündelt die Expertise der Hochschule Landshut in der Energieforschung. In Ruhstorf entwickeln wir die technischen Lösungen für die Zukunft der Energie. Unsere Forscher arbeiten an Energiespeicherung, intelligenten Energienetzen, Energieeffizienz und Energiesystemen. Wir untersuchen, wie diese Komponenten optimal zusammenspielen, und zeigen, wie sie sich in der Praxis anwenden lassen. Der Focus der Forschung am TZE liegt dabei auf Themen zur Energiespeicherung mit Projektarbeiten im Kontext von Batterien bzw. hybriden Systemen zur Kurzzeitspeicherung. Im Labor für Grüne Gase werden in Kooperation mit der TH Deggendorf überwiegend Power-to-Gas-Themen und Transformationsprozesse für die saisonale Speicherung erneuerbarer Energie bearbeitet.


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