Festkörperbatterien - Speichertechnologie der Zukunft
Die Festkörperbatterieforschung hat in den letzten Jahren enorme Fortschritte insbesondere bei mobilen Anwendungen erzielt. Neuartige Festkörperbatterien versprechen nicht nur eine höhere Energiedichte und längere Lebensdauer, sondern auch eine verbesserte Sicherheit und Umweltverträglichkeit im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. Damit können sie bei der Elektromobilität eine Schlüsselrolle spielen.
Allerdings gibt es auch noch einige Herausforderungen, wie zum Beispiel die Suche nach leistungsfähigen und kosteneffizienten Materialien, der Einfluss der Grenzflächeneffekte oder die Prozessierbarkeit und Skaleneffekte in der Batterieproduktion. An diesen Fragen setzt unser Forschungsnetzwerk an: Unsere Analyse umfasst die gesamte Prozesskette, von innovativen Materialkonzepten, über das Batteriedesign bis hin zu Produktionsverfahren auf eigens konzipierten Pilotanlagen vor Ort am Forschungscampus Garching.
Material
Im Forschungsbereich Material beschäftigen wir uns mit der Materialsynthese und dem Hochskalieren von Syntheseverfahren. Wir forschen an der Entwicklung neuartiger ionenleitender Materialien, bis hin zum gezielten Design von neuen Materialsystemen, etwa durch Herstellung von Hybridmaterialien via Elektrospinning. Ganz bewusst beschränken wir uns nicht auf eine Materialklasse, sondern forschen über verschiedene Materialklassen hinweg.
Laborzelle und Diagnostik
Im Forschungsbereich Laborzelle und Diagnostik stehen neben der Entwicklung von Analysemethoden für Batteriezellen die Herstellung von sulfidischen Elektrolyt-Schichten im Labormaßstab und die Hochskalierung der Prozesse im Fokus. Dabei entwickeln und optimieren wir speziell angepasste Hardware, um das Zell-Design auf ihre physikalischen und elektrochemischen Eigenschaften zu untersuchen. Mittlerweile können wir auf ein breites Spektrum an Analysemethoden und eine umfassende Expertise unseres Analytik-Teams zurückgreifen.
Produktion
Im Forschungsbereich Produktion übertragen wir die im Labor gewonnenen Erkenntnisse zur Herstellung der sulfidischen Elektrolyt-Schichten auf großformatige Produktionsprozesse. Unsere Forscher haben dazu alle Prozessschritte durchlaufen und die Materialien auf ihre Eignung für Rolle-zu-Rolle-Prozesse überprüft und qualifiziert. Gemeinsam mit Anlagenherstellern wurden Prototypen-Anlagen zum Beschichten und Verdichten der Komponenten entwickelt und am Campus Garching errichtet.
Simulations-Cluster
Im Forschungsbereich Simulation widmen wir uns der Entwicklung neuartiger Simulationsmodelle. Ziel ist es zuverlässige Vorhersagen des Zellverhaltens für neuartige Materialkombinationen oder Zellkonzepte zu ermöglichen. Dadurch wollen wir die Vorgänge in einer Festkörperzelle besser verstehen und die Performance der künftigen neuartigen Batterien gezielt verbessern.
Material
Lehrstühle
Lehrstuhl für Anorganische Chemie mit Schwerpunkt Neue Materialien
Prof. Dr. Thomas Fässler
TUM
Professur für Synthese und Charakterisierung innovativer Materialien
Prof. Dr. Tom Nilges
TUM
Unsere Forschungsschwerpunkte
Synthese und Skalierung von neuartigen Li-Ionen-Leitern
Jingwen Jiang
TUMint.Energy Research
Synthese und Skalierung neuartiger Lithium-Ionenleitenden-Materialien
Samuel Merk
TUMint.Energy Research
Polyvinylphosphonhaltige Festkörperelektrolyte - eine Weiterentwicklung PEO basierter Systeme
Philipp Pfändner
TUMint.Energy Research
Synthese eines Einzelionenleitenden Polymerelektrolyten (SICPE)
Marina Wittig
TUMint.Energy Research
Entwicklung von Lithium-Granat und Fortschritte bei der Verwendung in Festkörperbatterien der nächsten Generation
Jesse Hinricher
MIT / Externer Wissenschaftler
Laborzelle & Diagnostik
Lehrstühle
Unsere Forschungsschwerpunkte
Impedanz- und Gasungdiagnostik für Festkörperelektrolytbatterien
Moritz Bohn
TUMint.Energy Research
Einführung von Hybridkathoden, um Hochvoltkathodenmaterialien und den Betrieb von Festkörperbatterien bei niedrigem Druck zu ermöglichen
Marvin Mühlau
TUMint.Energy Research
Herstellung und Charakterisierung von Anodenelektroden für Lithium-Ionen-Festkörperbatterien (Lithiummetall, lithiumfreies, mikrokristallines Silizium und andere Lithiumlegierungen)
Gioele Conforto
TUMint.Energy Research
Entwicklung von Methoden des Maschinellen Lernens für die Synthese von neuen Materialien
Thorben Prein
TUMint.Energy Research
Elektronenmikroskopie und erweiterte Diagnostik
Lehrstühle
Lehrstuhl für Elektronenmikroskopie mit Schwerpunkt Energiematerialien
Prof. Dr. Marc-Georg Willinger
TUM
Unsere Forschungsschwerpunkte
Produktion
Lehrstühle
iwb - Institut für Werkzeugmaschinen und Betriebswissenschaften;
Lehrstuhl für Produktionstechnik und Energiespeichersysteme
Prof. Dr. Rüdiger Daub
TUM
Simulations-Cluster
Lehrstühle
Professur für Physik der Energiewandlung und -speicherung
Prof. Dr. Aliaksandr Bandarenka
TUM
Unsere Forschungsschwerpunkte
Physikochemische und thermische Simulation von Festkörperbatterien
Maximilian Scheller
TUMint.Energy Research
Entwicklung neuartiger Modelle von Festkörperbatterien auf Kontinuumsebene
Stephan Sinzig
TUMint.Energy Research
Modellierung der Elementarreaktionen in Festkörperbatterien
N.N.
TUMint.Energy Research