EXC 2154: POLiS - Post Lithium Storage Cluster of Excellence
Coordinator
Professor Dr. Helmut Ehrenberg ; Professor Dr. Maximilian Fichtner ; Professor Dr. Axel Groß
Grant period
2019 -
Funding body
Deutsche Forschungsgemeinschaft
DFG
Identifier
G:(GEPRIS)390874152
Note: Die Integration erneuerbarer Energien mit schwankender Verfügbarkeit sowie die Etablierung der Elektromobilität erfordern neue Materialien und Technologien zur Speicherung von Elektrizität. Zentrales Ziel des Clusters ist es, ein fundamentales Verständnis der elektrochemischen Energie-speicherung in zukunftsweisenden Systemen zu erarbeiten und die Grundlagen für ihre praktische Nutzung zu legen. Neue, nicht auf Lithium basierende Speichersysteme besitzen das Potential, die Grenzen der Li-Ionentechnologie zu überwinden und möglichen Engpässen bei der Verfügbarkeit der verwendeten Materialien zu begegnen. Diese Systeme verwenden nachhaltigere Ladungsträger wie z.B. Na-, Mg-, Zn-, Ca-, Al-, und Cl-Ionen und werden "post-Li"-Systeme genannt. Sie erlauben größere Energiemengen kostengünstig und sicher zu speichern und sind eine vielversprechende langfristige Option für Massenanwendungen in stationärer und mobiler Energiespeicherung.Erste Arbeiten zu diesen Systemen zeigten jedoch, dass sich die bisher verwendeten Ansätze nicht direkt von der Li- auf die post-Li Technologie übertragen lassen. Das momentane Verständnis reicht nicht aus, um post-Li Systeme zu entwickeln, die "besser" sind als die aktuellen Systeme. Größere Hürden für die Weiterentwicklung und Verbreitung sind:- Niedrige Mobilität von Ionen in Festkörpern und Flüssigkeiten- Fehlen maßgeschneiderter Materialgrenzflächen mit geeigneten Ladungstransfer-Eigenschaften- Schnelle Alterung von Aktivmaterialien und Elektrolyt- Unzureichende Reversibilität bei Be- und EntladeprozessenDie Arbeiten im Cluster sollen in vier thematischen Säulen (Research Units) organisiert werden, die die zentralen Komponenten eines elektrochemischen Systems abbilden: Elektrodenmaterialien, Elektrolyte, Grenzflächen, sowie Integration und nachhaltige Zellentwicklung. Insbesondere beabsichtigen wir, grundlegende Materialeigenschaften mit kritischen Leistungsparametern der elektrochemischen Energiespeicherung zu verbinden. Das antragstellende Konsortium vereint hierfür herausragende Expert/innen aus Elektrochemie, Materialwissenschaften, theoretischer Modellierung und Ingenieurwissenschaften an der Universität Ulm (UUlm) und dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Es ist bestens dafür aufgestellt, die zentralen wissenschaftlichen und technischen Probleme der elektrochemischen Energiespeicherung zu lösen. So ist UUlm zusammen mit dem KIT europaweit führend in der Zahl der Publikationen zu Li-Ionenbatterien und post-Li-Technologien. Der Cluster wird einen multidisziplinären Ansatz verfolgen, der Nass- und Festkörperchemie, Elektro-chemie, atomistische und Kontinuums-Modellierung mit Chemieingenieurwesen und Verfahrens-technik verbindet. Die erarbeiteten Konzepte werden auf Batterie-Vollzellen übertragen, um sie auf Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit und Sicherheit zu überprüfen. Das Forschungsziel ist geprägt durch ein hohes Risiko, bietet aber enorme Chancen für den Technologietransfer in die Industrie.
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