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08.01.2014 | Energie | Interview | Onlineartikel

"Wir brauchen keine neuen Speichermaterialien"

Autor:
Sabine Voith

Mit dem Helmholz-Institut für "Ionics in Energy Storage" bündeln mehrere Forschungszentren ihre Aktivitäten. Dirk Uwe Sauer von der RWTH Aachen erläutert die Gründung des neuen Instituts im Interview.

Das siebte Helmholtz-Institut vernetzt die Kompetenzen von Universitäten und außeruniversitärer Forschung. Es wird sich ab 2014 mit der Untersuchung von Elektrolyten und ihrem ionischen Verhalten (Ionik) beschäftigen. Partner sind das Forschungszentrums Jülich, die Wilhelms-Universität Münster und die RWTH Aachen. Der Sitz des Instituts ist in Münster.

Springer für Professionals: Herr Professor Sauer, Sie sind zuständig für die Umsetzung neuer Batteriekonzepte in Anwendungen sowie als Sprecher für die Aachener Aktivitäten im neuen Institut. Es gibt bereits eine Vielzahl von Batteriespeichern am Markt. Woran wird in der neuen Einrichtung geforscht?

Professor Sauer: Elektrolyte stehen im Mittelpunkt der Forschung und Entwicklung. Dabei werden wir an flüssigen Elektrolyten mit wässrigen und organischen Lösungsmitteln, polymeren Elektrolyten und Festkörperelektrolyten sowie Kombinationen dieser Materialien, sogenannte Hybridelektrolyte, arbeiten. Die Elektrolyte werden mit unterschiedlichen Elektrodenmaterialien eingesetzt und wir werden dabei sowohl bekannte Zellkonzepte wie lithium-basierte Batterien als auch ganz neue Materialsysteme untersuchen, die teilweise überhaupt erst durch geeignete Elektrolyten als Batteriematerialien in Frage kommen. Zentrale Ziele der Forschung sind die Lebensdauer der Speicher und die Lebenszykluskosten. Vanadium ist beispielsweise ein teures Material. Es kann je nach Anwendung besser sein, andere Redox-Verbindungen für Redox-flow-Batterien zu finden, die kostengünstiger sind.
Die wichtigsten Anwendungsfelder sind erneuerbaren Energien und die Elektromobilität. Für die Integration erneuerbaren Energien sind die Lebenszykluskosten des Batteriespeichers die wesentliche Zielgröße. Für die Elektromobilität entscheidend sind Gewicht und Volumen der Zellen.

Wie ist der Forschungsstand bei Batteriespeichern heute?

Viele Technologien sind noch in der Frühphase der Entwicklung, noch gibt es kein vollständiges Verständnis der Materialien und Produkte, die am Markt sind. Für die Stabilität, die Performance bei Temperaturschwankungen oder die Sicherheit sind die Elektrolyte ganz wesentlich verantwortlich. Das Thema ist sehr komplex. Wir wollen wegkommen von flüssigen organischen Elektrolyten, da diese brennbar sind. Festkörperelektrolyte wären im Hinblick auf Lebensdauer und Sicherheit sehr erstrebenswert, aber sie müssen auch ausreichend Leistungsfähigkeit bieten und das ist heute noch nicht der Fall.

Wozu wird eine neue Einrichtung benötigt?

Um neue Materialklassen zu erschließen, ist eine systematische Forschung notwendig. Die Zahl der Materialkombinationen ist nahezu unbegrenzt und die Komplexität der Reaktionen ist extrem groß. Daher ist eine Einrichtung, die sich ganz dieser Forschung widmet und dabei Erfahrungen aus den verschiedenen Bereichen zusammenbringen und damit Synergien nutzen kann, von besonderer Bedeutung. Die Partner bringen zudem sehr komplementäre Kompetenzen mit, so dass hier durch die Zusammenarbeit viel mehr erreicht werden kann, als wenn jeder für sich arbeitet. Die Universität Münster ist in der Forschung an flüssigen und polymeren Elektrolyten schon sehr weit und unsere Kollegen am Forschungszentrum Jülich und hier an der RWTH Aachen beschäftigen sich seit vielen Jahren mit Festkörperelektrolyten.

Wo liegen Ihre Schwerpunkte?

Das Institut, an dem ich tätig bin, kommt aus den Ingenieurwissenschaften und damit aus der angewandten Forschung. Die Lebensdauerermittlung in mobilen und stationären Systemen und die Integration der Speicher im Feld sind zentrale Ansatzpunkte unserer Arbeit. Wir arbeiten praxisorientiert. Um die optimale Performance im Feld zu erreichen, arbeiten wir eng mit der Materialentwicklung zusammen. Unsere Rückmeldung zeigt, was man an den Materialien verbessern muss.
Ein zentraler Bestandteil unserer Forschung sind die Alterungsprozesse und daraus abgeleitet Lebenszykluskosten in verschiedenen Anwendungsbereichen. In die Gesamtkostenbilanz fließen viele Faktoren ein. Jede neue Technologie, die entwickelt werden, muss charakterisiert werden, Betriebs- und Ladestrategien müssen entwickelt werden und es muss untersucht werden, welche technischen Maßnahmen noch notwendig sind, um die Batterien in den Markt zu bekommen.

Wann sind erste Ergebnisse zu erwarten?

Ich möchte nochmals hervorheben, dass es prinzipiell nicht an Speichertechnologien fehlt. Wir suchen nach Materialien und Konzepten, die einen kostengünstigeren, sichereren und ressourcenschonenderen Speicherbetrieb ermöglichen, als dies heute der Fall ist. Eine von der Kostenseite interessante Technologie für die verschiedenen Anwendungsfelder zu finden, ist wissenschaftlich anspruchsvoller als beispielsweise optimale Wirkungsgrade oder Lebensdauern zu erreichen. Kurz gesagt, wir brauchen keine neuen Speichermaterialien, sondern bezahlbare Speicher.
Die Hauptförderung beginnt im Jahr 2015, die Vorförderung 2014, daher rechne ich mit den ersten Ergebnissen frühestens 2016 oder 2017. Allerdings arbeiten bereits jetzt schon viele Leute in den unterschiedlichen Instituten an den Themen. Das neue Institut baut auf diesen Ergebnissen auf und kann so aus dem vollem Betrieb heraus starten.

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