Helmholtz-Institut Ulm

Fast jeder Mensch in der industrialisierten Welt nutzt Batterien oder Akkus ganz selbstverständlich in seinem Alltag und die wenigsten sind sich bewusst darüber, dass noch viele Entwicklungspotenziale zu ergründen sind. Selbst die heute verfügbaren hoch-leistungsfähigen Batterietypen sind technisch teilweise noch nicht ganz ausgereift. Die Entwicklungen in den Batterietechnologien konnten mit den technischen Sprüngen bei elektrisch betriebenen Fahrzeugen und Geräten oder den Speicheranforderungen etwa in der Hausenergieversorgung nicht mithalten. Nutzer merken dies beispielsweise daran, dass sie ihr Smartphone oder ihren Laptop fast täglich an die Steckdose anschließen müssen. Unbestritten ist ferner, dass die Energiewende ohne weitere Fortschritte in den (elektrochemischen) Speichertechnologien deutlich langsamer voranschreiten würde – das gilt sowohl für die Elektromobilität wie auch für den Einsatz stationärer Stromspeicher. Insbesondere erfordern die unterschiedlichen Einsatzgebiete von Batterien für die Elektromobilität und bei stationären Speicheranwendungen individuell zugeschnittene Konzepte, die die heute leistungsfähigen, kommerziell verfügbaren Lithium-Ionen-Batterie-Systeme alleine nicht bieten können. Das Helmholtz-Institut Ulm (HIU) orientiert seine Forschungsstrategie an diesen Randbedingungen.

Am HIU werden zum einen Lithium-Ionen-Batterie-Systeme weiterhin optimiert. Der Fokus der Forschung des Helmholtz-Instituts liegt jedoch zum anderen auf der Entwicklung neuer Batterie- und Akku-Systeme. Ziel des HIU ist es, zukunftsfähige elektrochemische Energiespeicher zu entwickeln, die mehr Energie speichern und leistungsfähiger, leichter, langlebiger, sicherer sowie kostengünstiger sind als bisher verfügbare. Dafür entwickeln die Forschenden am HIU neuartige Materialien und Batteriekonzepte, welche die Perspektive bieten, deutlich mehr Energie pro Masse und Volumen einer Batterie sicher zu speichern. So werden etwa Lithium-Schwefel- oder auch Lithium-Luft-Batterien als Alternativen zu den etablierten Lithium-Ionen-Batterien erforscht. Gleichzeitig stehen für die Speicherung alternative Materialien wie Natrium, Magnesium, Chloride oder Fluoride auf dem Prüfstand. Dadurch lassen sich Batterien herstellen, die ohne Lithium auskommen und damit deutlich preiswerter und umweltschonender herzustellen sind. In den HIU-Laboren werden unterschiedliche Elektrodenmaterialien entwickelt und zusammen mit dem passenden Elektrolyten in Batteriezellen verbaut, getestet und in ihrem Alterungsverhalten analysiert, um die optimale Materialkombination zu finden. Hier leistet auch die am HIU vorhanden Expertise in der theoretischen Modellierung einen signifikanten Beitrag. Kleinste Details, wie beispielsweise das Verhalten neu hinzugefügter Elemente, können auf den Lade- und Entladevorgang enormen Einfluss haben. Entscheidend können Prozesse sein, die auf der Nano- oder Mikroebene in den Batteriebestandteilen ablaufen. Parallel werden die Materialien auch vor dem Hintergrund der Nachhaltigkeit und des Umweltschutzes bewertet.

Das HIU wurde 2011 gegründet und umfasst vier Partner: Mit dem vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) initiierten und zusammen mit der Universität Ulm am Standort Ulm getragenen Institut, ergänzt durch die assoziierten Partner des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) sowie des Zentrums für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW), umfasst das HIU heute ca. 115 Mitarbeitende. Es leistet zudem einen Beitrag zum Wissenschaftsstandort Ulm, welcher sich mit rund 300 Batterie-Forschenden als Batterie-Hochburg in Deutschland etabliert hat. Die 13 Forschungsgruppen des HIU werden jeweils von renommierten Forscherinnen und Forschern geleitet, die wiederum an der Spitze von Instituten oder Forschungsgruppen an einer der vier Partnereinrichtungen stehen. Die sich daraus ergebenden Synergieeffekte tragen erheblich dazu bei, dass am HIU Spitzenforschung im Bereich elektrochemischer Energiespeicherung betrieben werden kann.

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maximilian.fichtner(at)kit.edu


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