Energiespeicher der Zukunft
TU Graz eröffnet Christian Doppler-Labor für Lithium-Batterien
Sie stecken in jedem Handy oder Notebook, bringen Fahrzeuge in Bewegung oder speichern Energie: Batterien sind unverzichtbare Begleiter im täglichen Leben. Sichere, leistungsstarke Speichersysteme zu entwickeln, die künftig eine noch längere Lebensdauer zeigen sollen, ist eines der Ziele des neuen Christian-Doppler-(CD-) Labors für Lithium-Batterien, das am Institut für Chemische Technologie von Materialien der TU Graz eröffnet wurde. Unternehmenspartner der maßgeblich vom Wirtschaftsministerium geförderten Einrichtung sind AVL List und Infineon Technologies Austria.
Sie sind tragbar oder bringen selbst etwas in Bewegung – elektrochemische Energiespeicher gewinnen mit ihrem breiten Anwendungsspektrum immer mehr an Bedeutung. Mit einem Wirkungsgrad von 95 Prozent zählen Lithium-Ionenbatterien zu den vielversprechendsten Energiespeicherkonzepten. Die ablaufenden grundlegenden elektrochemischen Prozesse besser zu verstehen, bildet die Basis für die Weiterentwicklung von Batterien: "Fortschritte in der Technik der Stromspeicherung können nur durch zusätzliches Wissen über die chemischen und physikalischen Grundlagen erzielt werden", erklärte Reinhart Kögerler, Präsident der Christian Doppler Forschungsgesellschaft, im Rahmen der Eröffnung des neuen Labors in Graz. Daher sei das maßgeblich vom Wirtschaftsministerium geförderte CD-Modell mit seiner Kooperation zwischen Unternehmen und Grundlagenforschung hier ideal geeignet.
Michael Losch, Sektionschef im Wirtschaftsministerium, hob die Bedeutung der neuen Einrichtung für den Standort Österreich hervor. "Durch die Forschungsarbeiten im neuen CD-Labor soll die Energiespeicherung in Batterien optimiert werden. Damit leistet das CD-Labor am Forschungs- und Wirtschaftsstandort Österreich einen ganz neuen Beitrag zum Kompetenz- und Wissensaufbau für die angestrebte Energiewende. Insbesondere kann dadurch in dem für Österreich wichtigen Sektor der Automobilindustrie die Technologieführerschaft der österreichischen Zulieferer weiter ausgebaut werden", so Losch.
"Wandernde" Ionen
Das Grundprinizip der elektrochemischen Energiespeicherung einer Lithium-Ionen-Batterie klingt einfach: Lithium-Ionen "wandern" während des Ladens und Entladens einer Batterie zwischen den beiden Polen hin und her und durchqueren dabei strukturell ganz unterschiedliche Materialien. Die einzelnen Komponenten einer Batterie stehen dabei in enger Wechselwirkung. Die ablaufenden, komplexen Prozesse näher zu erforschen, ist eines der Hauptziele der Wissenschaftler. Das Team rund um Martin Wilkening untersucht dazu insbesondere Mikrostrukturen und dynamische Prozesse in neuen Batteriematerialien mit Methoden der Festkörper-Kernresonanz- und Impedanzspektroskopie, eine bisher noch seltene Kombination zweier komplementärer Techniken, die an der TU Graz betrieben wird.
Altern verstehen
Die Lebensdauer der Speichersysteme zu verbessern, ist dabei wichtiger Fokus der Forschungsarbeit. "Temperatureinflüsse oder intensives Laden und Entladen lassen Batterien schneller altern", erklärt Laborleiter Martin Wilkening. "Wenn wir mehr über diese Prozesse wissen, können wir die Lebensdauer und die Sicherheit verbessern", so die Zielsetzung. Wichtiges Thema ist auch die Miniaturisierung von Bauteilen: Die Forscher befassen sich daher mit neuartigen Materialien zur Entwicklung von Mikrobatterien.
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