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Die Messung der Enthalpien von Mischungsreaktionen während der Synthese luftempfindlicher Materialien muss unter inerten Bedingungen erfolgen und stellt damit besondere Anforderungen an den Messaufbau. Ein Beispiel feuchtesensitiver Materialien sind sulfidische Festkörperelektrolyte, welche in zukünftigen Festkörperbatterien (engl. ASSBs) zum Einsatz kommen können. Um diese Materialien ökonomisch attraktiv zu machen, erforscht das Fraunhofer IFAM die Skalierung der Synthese. Für die Maßstabsvergrößerung der Synthesen werden Reaktionsenthalpien benötigt, welche unter Schutzgasatmosphäre gemessen werden müssen.

Julian Schwenzel studierte Physik an den Universitäten Ulm und Kiel. Seine Promotion auf dem Gebiet Materialwissenschaften mit dem Schwerpunkt Elektrische Energiespeicher schloss er 2003 am Lehrstuhl für Sensorik und Festkörperionik der Universität Kiel ab. Thema: Entwicklung von Festkörperbatterien. Anschließend war er als F&E Projektleiter bei Applied Materials in Alzenau tätig. Seit 2008 ist Julian Schwenzel am Fraunhofer IFAM tätig und seit 2009 Leiter der Abteilung elektrische Energiespeicher in Bremen. Die Forschungsschwerpunkte sind Batterien der nächsten Generation mit dazugehöriger Prozesstechnologie. 2021 übernahm er zudem die Leitung des Fraunhofer-Zentrums für Energiespeicher und Systeme in Braunschweig.

Festkörperbatterien aus Basis von Lithium gelten als der nächste Schritt im Bereich der Lithiumbatterien. Sie versprechen höhere Energie- und Leistungsdichten, erhöhte Sicherheit verglichen mit derzeitigen Lithium-Ionen-Zellen und eine lange Lebensdauer. Der entscheidende, namensgebende Unterschied zu Lithium-Ionen-Batterien ist die Nutzung eines festen Elektrolyten anstelle der Kombination aus Flüssigelektrolyt und Separator. Als Element ist der Elektrolyt-Separator zwar notwendig für die Funktionsfähigkeit der Batteriezelle, trägt aber nicht zur Speicherkapazität bei und sollte daher möglichst wenig Gewicht und Volumen einnehmen, um die Energiedichte nicht negativ zu beeinflussen. Die Materialien sind vielfältig – Oxide, Polymere, Sulfide. Alle bieten Vor- und Nachteile, kein Material ist die ideale Lösung. Was liegt also näher, als zwei Materialien miteinander zu kombinieren und so Synergien nutzbar zu machen?

Die Elektrifizierung und Digitalisierung aller Lebensbereiche erhöht den Bedarf an Batteriezellen kontinuierlich. Auch die ambitionierten Klimaziele der Bundesregierung für 2050 fördern diesen Trend. Den Bedarf an Li-Ionen-Batterien decken gegenwärtig insbesondere asiatische Produzenten. Diese besitzen somit großen Einfluss auf Markt und Preis. Durch die Notwendigkeit einer technologischen Weiterentwicklung der konventionellen Batterien ergeben sich jetzt für deutsche Unternehmen Chancen zur Steigerung ihrer Wettbewerbsfähigkeit. Neue Batteriekonzepte wie Festkörperbatterien (All Solid State Batteries, ASSB) und moderne Fertigungsstätten stellen die Grundlage hierfür dar.

Verschiedene Speichertechnologien haben sich seit Jahrzehnten bewährt und die Bandbreite der Anwendungen ist groß. Für die Umsetzung der anstehenden Herausforderungen der zukünftigen Energiespeicherung im stationären und mobilen Bereich, fehlt es jedoch an Leistungsstärke. Die Entwicklung und der Bau neuer Energiespeichersysteme, die diesen hohen Anforderungen genügen, ist das Ziel des interdisziplinären Teams am Fraunhofer ZESS. Im Zentrum der Forschungsarbeiten stehen dabei sichere, zuverlässige und langlebige Festkörperbatterien.

Sicherlich haben auch Sie sich schon gefragt, ob Batterien für die E-Mobilität auch wirklich sicher sind; vor allem, wenn sie sich in Ihrem eigenen Auto befinden. Um die Qualitätssicherung zukünftig schneller und effizienter durchzuführen, entwickeln wir Röntgen- und Thermographiesysteme mit denen einzelne Batteriekomponenten bereits während der Herstellung geprüft werden können.

Prof. Dr. Michael Stelter arbeitete nach dem Studium der Physikalischen Chemie und Elektrochemie mehrere Jahre in der Industrie und entwickelte dort Brennstoffzellen und andere Fahrzeugsysteme. 2005 kam er an das Fraunhofer IKTS und ist dort seit 2013 stellvertretender Institutsleiter sowie Lehrstuhlinhaber für Technische Umweltchemie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena. 2018 übernahm er die Leitung des Fraunhofer-Projektzentrums für Energiespeicher und Systeme in Braunschweig. Im letzten Jahr erhielten Prof. Stelter und sein Team den Thüringer Forschungspreis in der Kategorie „Angewandte Forschung“ für die Entwicklung einer besonders umweltfreundliche Natrium-Batterie zur stationären Energiespeicherung.