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Durch Unordnung zu neuen Batterien

Internationales Symposium in Ulm: Wissenschaftler diskutieren über das Potenzial neuer Speichermaterialien
Daniel Brandell von der Universität Uppsala hält seinen Vortrag beim ersten internationalen Symposium über “Li-rich disordered rock salt materials”. (LiRichFCC / KIT)
Daniel Brandell von der Universität Uppsala hält seinen Vortrag beim ersten internationalen Symposium über “Li-rich disordered rock salt materials”

Batterien sind eine zentrale Komponente in elektronischen Geräten und Elektrofahrzeugen. Hinzu kommt eine wachsende Bedeutung als Zwischenpuffer für Solarstrom in Haushalten, die sich auf diese Weise mit selbst erzeugtem Strom kostengünstig versorgen können. Batterien werden zwar seit Jahren immer leistungsfähiger und kostengünstiger, doch aufgrund des dramatisch wachsenden Bedarfs an installierter Batteriekapazität weltweit gibt es Bedenken, dass die derzeit in Lithium-Ionen-Batterien eingesetzten Rohstoffe nicht ausreichen könnten, um die Nachfrage mittel- bis langfristig zu decken. Der Rohstoffbedarf zukünftiger Batterietechnologien ist von entscheidender Bedeutung, da aufgrund der heute verwendeten kritischen Materialien, zum Beispiel Nickel oder Kobalt, und einer sehr geringen Recyclingrate verbrauchter Li-Ionen-Batterien von nur zwei Prozent ein nachhaltiges Wachstum im Batteriesektor schwer möglich ist. Weltweit suchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler deshalb nach leistungsfähigen Alternativen, welche die Rolle der bisherigen Li-Ionen-Batterie übernehmen könnten und die eine nachhaltige Perspektive bieten.

„Ungeordnete Systeme, die eine völlig neue und faszinierende Materialklasse darstellen, und in denen Lithium-Ionen dichter als in anderen Materialien gepackt werden können, könnten eine Alternative sein“, sagt Professor Maximilian Fichtner, der an dem vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm (HIU) forscht. Fichtner koordiniert das internationale Projekt „LiRichFCC“, das sich mit der Entwicklung so genannter ungeordneter, lithiumreicher Kochsalzstrukturen befasst. „Unordnung in Batteriematerialien ist bei den klassischen Systemen eigentlich eher ein Nachteil, da sie die Wanderung der Ionen behindert. In ungeordneten, lithiumreichen Kochsalzstrukturen ist das anders. Hier funktioniert die Speicherung umso besser, je mehr Lithium in der Struktur gespeichert wird und die Unordnung ist hier sogar vorteilhaft“, so Fichtner. Ein weiterer Vorteil sei, dass die Zusammensetzung solcher Materialien recht variabel sei und auch ohne kritische Rohstoffe, wie zum Beispiel Kobalt, auskomme. „Das Projekt befasst sich vor allem mit der Entwicklung so genannter Oxyfluoride, hier haben Wissenschaftler am KIT und am HIU bereits vor Jahren Grundlagenarbeit geleistet. Wir wollen auf europäischer Ebene nun den nächsten Schritt gehen und sehen, was mit diesen Verbindungen möglich ist.“

Organisiert vom HIU und dem LIRichFCC-Konsortium, treffen sich heute Wissenschaftler aus Europa, Japan und den USA in Ulm beim ersten „Symposium on Disordered Rocksalt Materials“ zum wissenschaftlichen Austausch. Es wird über Fortschritte berichtet und es werden Wege diskutiert, wie das hohe Potential dieser neuen Verbindungsklasse in der Anwendung genutzt werden kann.

Mehr über das vom KIT in Kooperation mit der Universität Ulm gegründeten Helmholtz-Institut Ulm: http://www.hiu-batteries.de/batterieforschungszentrum-in-deutschland