Forschung für die Batterien von morgen Forschung für die Batterien von morgen

Wenn es um klimafreundliche Energienutzung geht, kommt neuen Energiespeichersystemen eine Schlüsselrolle zu. Mit der "Initiative Lithium Ionen Batterie (LIB) 2015" hat die Bundesregierung eine groß angelegte Forschungskampagne zur Entwicklung von bezahlbaren und sicheren Lithium-Ionen-Batterien aufgelegt. Das Gesamtfördervolumen beträgt über 60 Millionen Euro.

Drei Arbeitsgruppen der Universität Bonn kommen in den Genuss einer Millionenförderung im Rahmen von LIB 2015: Professor Dr. Siegfried R. Waldvogel, Kekulé-Institut für Organische Chemie und Biochemie, und Professor Dr. Robert Glaum, Institut für Anorganische Chemie, entwickeln neuartige Materialien für den Einsatz in Lithiumbatterien. Professor Dr. Thomas Bredow vom Institut für Physikalische und Theoretische Chemie wird diese Arbeiten mit umfangreichen und sehr anspruchsvollen quantenchemischen Betrachtungen unterstützen. Insgesamt erhalten die drei Arbeitsgruppen in den nächsten vier Jahren über 1,2 Millionen Euro. Davon werden sieben wissenschaftliche Mitarbeiter finanziert werden.

"Ohne interdisziplinäre Zusammenarbeit lässt sich eine komplexe Aufgabe wie die Batterieentwicklung nicht bewältigen", sagt Professor Waldvogel. Daher haben sich innerhalb von LIB 2015 mehrere Konsortien gebildet, in denen besonders eng kooperiert wird. "Unsere Bonner Gruppen sind Teil des Konsortiums HE-Lion, welches mit insgesamt 18 Partnern aus der chemischen Industrie, der Batterieindustrie, dem Automobil- und Energiesektor sowie mit zahlreichen Hochschul- und Institutspartnern den größten Verbund in LIB 2015 bildet." Unter anderem sind die Universitäten Berlin, Clausthal, Gießen, Hannover und Münster, mehrere Fraunhofer Institute, Forschungsinstitute (Paul-Scherrer-Institut, Schweiz) sowie namhafte Partner aus der Industrie (u.a. BASF, Bosch, Volkswagen, EnBW) beteiligt.

Bezahlbare Batterien für Hybrid-Autos von morgen

Ein Fernziel von LIB 2015 ist die Entwicklung von bezahlbaren Lithium-Ionen-Batterien für zukünftige Antriebssysteme. So genannte "Steckdosen-Hybrid-Autos" mit Verbrennungsmotor, Elektroantrieb und einer Batterie können sowohl mit Benzin als auch mit Strom fahren. Die Batterie kann über das Stromnetz geladen werden. Als Energiespeicher der Zukunft stellen Lithium-Ionen-Batterien daher eine Schlüsseltechnologie für eine klimafreundliche Energieversorgung dar.

Während die ersten beiden Generationen der Lithium-Ionen-Batterien bereits in Laptops, Smartphones oder Kameras verwendet werden, fehlt für kommende Generationen noch ein System, das stabil genug den höheren Anforderungen genügt. Entscheidend für den Erfolg der neuen Batterien sind hohe Sicherheit, eine hohe Speicherkapazität und ein erschwinglicher Preis. "Angestrebt wird eine zwei- bis fünfmal so hohe Energiedichte als in bisher bekannten Batteriesystemen", sagt Professor Glaum. "Nach heutigen Maßstäben wäre eine Lithium-Ionen-Batterie für einen Golf allein schon so teuer wie das Fahrzeug selbst."

Den Preis und die Sicherheit der Lithium-Ionen-Batterien bestimmen vor allem die Materialen der Elektroden und des sie umgebenden Hochleistungselektrolyten. Bisherige Kathodenmaterialien basieren auf dem raren und teuren Metall Kobalt. Die Bonner Forscher entwickeln derzeit gemeinsam alternative Kathodenmaterialien, die auf vernetzten organischen oder anorganischen Molekülstrukturen basieren. "Für die Entwicklung praxistauglicher Lösungen sind theoretische Betrachtungen und quantenchemische Modellierungen unverzichtbar", betont Professor Bredow.


Kontakt:
Prof. Dr. Siegfried R. Waldvogel
Kekulé-Institut für Organische Chemie und Biochemie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-2653
E-Mail: waldvogel@uni-bonn.de

Prof. Dr. Robert Glaum
Institut für Anorganische Chemie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-5353
E-Mail: rglaum@uni-bonn.de

Prof. Dr. Thomas Bredow
Institut für Physikalische und Theoretische Chemie der Universität Bonn
Telefon: 0228/73-3839
E-Mail: bredow@thch.uni-bonn.de