Lädst Du noch?

In dem gemeinsamen Forschungsprojekt der Fraunhofer-Institute für Werkstoff- und Strahltechnik IWS, Dresden und für Chemische Technologie ICT, Pfinztal sowie des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung (MPIKG), Potsdam wird die Bildung von Metallclustern in Kohlenstoffmaterialien erforscht, um so sichere Anoden für zyklenstabile Batteriezellen mit hoher Energiedichte zu erzeugen.

Batterien sind aus dem täglichen Leben nicht mehr wegzudenken. In der Armbanduhr oder im Fotoapparat haben sie eine gewisse Haltbarkeitsdauer. Spätestens aber, wenn man jeden Tag sein Handy neu aufladen muss, weil schon wieder der Akku leer ist, wird einem klar: Hier gibt es noch jede Menge Handlungs- bzw. Forschungsbedarf.

Im Zuge der Energiewende gibt es zudem weitere Herausforderungen wie z.B. die Erhöhung der Lebensdauer und Reichweite von Elektrofahrzeugen oder die Schaffung der Möglichkeit die Energie aus Windkrafträdern direkt zu speichern.

Genau hier setzt die Forschung des Kooperationsprojekts „CLUSTERBATT“ an: Die Abteilung Kolloidchemie am MPIKG unter der Leitung von Prof. Markus Antonietti erhält 800 000 EUR über eine Laufzeit von vier Jahren, um an einer neuen Speichermöglichkeit von Lithium- oder Natriumatomen in Batterieanoden zu forschen.

Projektleiter Dr. Martin Oschatz will damit die Grundlage für neuartige Batterieanoden schaffen, die in Zukunft Batteriezellen mit erhöhter Energiedichte und langer Lebensdauer ermöglichen können.

Dabei geht es vor allem um die Erforschung eines innovativen Anodenkonzepts für Lithium- bzw. Natrium-Batterien zur Steigerung der Energiedichte bei gleichzeitigem Erhalt der Zyklenstabilität im Vergleich zu herkömmlichen Lithium-Ionen-Batterien. In der Arbeitsgruppe von Martin Oschatz sollen Kohlenstoffmaterialien entwickelt werden, die winzig kleine Partikel der Metalle einlagern können.

„Dies könnte zu einer Steigerung der Speicherkapazität im Vergleich zum derzeit etablierten Graphit führen. Wir haben das Glück und können auf eine jahrelange Erfahrung und Expertise im Bereich von porösen und stickstoffhaltigen Kohlenstoffen zurückgreifen und diese bei der Entwicklung von maßgeschneiderten Materialien direkt einfließen lassen“, so Oschatz.

Durch die Verwendung verfügbarer Rohstoffe auf Anoden- sowie Kathodenseite soll darüber hinaus die Nachhaltigkeit des Gesamtsystems gesteigert werden. An Prototypzellen wird die Leistungsfähigkeit und die Sicherheit der neuen Materialien praxisnah evaluiert.

Martin Oschatz
Der studierte Chemiker leitet seit 2016 die Arbeitsgruppe “Kohlenstoffnanomaterialien für umwelt- und energierelevante Anwendungen“ in der Abteilung Kolloidchemie am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung in Potsdam. Der Fokus seiner Forschung liegt auf der Entwicklung nanostrukturierter Kohlenstoffmaterialien mit maßgeschneiderten Eigenschaften für Energie- und umweltrelevante Anwendungen. Besonders nanoporöse Kohlenstoffmaterialien mit hoher innerer Porosität sind von Interesse, da sie große Oberflächen mit hoher chemischer bzw. thermischer Stabilität und elektrischer Leitfähigkeit kombinieren. Derartige Strukturen sind Schlüsselkomponenten in zukünftigen Energiespeichersystemen, in der Gasreinigung und als Trägermaterialien für metallische Nanopartikel in der heterogenen Katalyse. Damit können sie zu einer nachhaltigen Entwicklung des Energiehaushaltes unserer Gesellschaft beitragen.

Kooperationen mit der Fraunhofer-Gesellschaft
Die Zusammenarbeit mit der Fraunhofer-Gesellschaft ist auf Grund ihrer Ausrichtung auf angewandte Forschung von besonderem Interesse. Im Rahmen des Pakts für Forschung und Innovation haben die Max-Planck-Gesellschaft und die Fraunhofer-Gesellschaft ihre Kooperationen gezielt in fachlichen und übergreifenden Bereichen fortgeführt und vertieft. Seit 2005 sind an der Schnittstelle zwischen angewandter Forschung und Grundlagenforschung zahlreiche Projekte identifiziert und in die Förderung aufgenommen worden. Sie stammen aus den Bereichen Informatik, Materialwissenschaften/Nanotechnologie und Biotechnologie sowie den Regenerativen Energien und der Photonik. Ziel ist es, durch diese Kooperationen die in der Grundlagenforschung gewonnenen Erkenntnisse zur Anwendung zu führen und damit einen direkten Beitrag zur Entwicklung neuer Technologien zu leisten.