Verbundprojekt
EXC 2154 POLiS - Zusatzunterstützung Exzellenzstrategie: Post Lithium Storage Cluster of Excellence
Geldgeber: Hessisches Ministerium für Wissenschaft und Forschung, Kunst und Kultur
Laufzeit: 2024-2024
URL: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/390874152
Abstract:
Der Exzellenzcluster POLiS erforscht neue Batteriematerialien und Technologiekonzepte für eine leistungsfähige und nachhaltige Speicherung elektrischer Energie. Ziel des Clusters ist es, Elektrodenmaterialien und Elektrolyte zu entwickeln, die nachhaltige Systeme auf der Basis von Natrium-, Magnesium-, Aluminium-, Kalzium- und Chlor-Ionen ermöglichen.
Ausführliche Beschreibung:
Die großen Herausforderungen unseres Forschungsvorhabens werden in vier Forschungsbereichen behandelt, die sich den Schwerpunktthemen Elektrodenmaterialien, Elektrolyte, Grenzflächen und Integration & Nachhaltige Zelltechnik widmen. Die Forschergruppen sind in 14 Arbeitspaketen organisiert, die interdisziplinäre Projekte umfassen. Der Cluster verfolgt einen multidisziplinären Ansatz, der Nass- und Festkörperchemie, Elektrochemie, atomistische und Kontinuums-Modellierung mit Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik verbindet. Die erarbeiteten Konzepte werden auf Batterie-Vollzellen übertragen, um sie auf Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit und Sicherheit zu überprüfen. Es gibt eine rasch steigende Nachfrage für zukünftige Batterien, die Folgendes umfassen und unsere Forschung definieren:
- Nachhaltige Materialien und Herstellungsverfahren
- Erhöhte volumetrische/gravimetrische Energiedichte
- Eigensichere Konstruktion
- Lange Betriebs- und Haltbarkeitsdauer
- Niedriger Preis pro kWh
Forschungsbereich A - Elektrodenmaterialien
Elektrodenmaterialien definieren und begrenzen die Energiemenge, die pro Gewicht und Volumen einer Batterie gespeichert werden kann. Unser Ziel ist es, neue Post-Lithium-Speichermaterialien mit hohen Kapazitäten zu identifizieren, zu synthetisieren und zu testen und dabei ein noch tieferes Verständnis für ihre Funktionsweise zu erlangen.
Forschungsbereich B - Elektrolyten
Elektrolyte ermöglichen den Transport von elektrisch geladenen Teilchen (Ionen) zwischen den beiden Elektroden einer Batterie. Hauptziel ist die Identifizierung, Synthese und Prüfung neuer, stabiler und hocheffizienter flüssiger oder fester Transfersysteme für Post-Lithium-Ionen.
Forschungsbereich C - Grenzflächen
Wir wollen die Entstehung und die Art von Grenzflächen besser verstehen, die sich innerhalb einer Post-Li-Batterie – z.B. am Kontakt zwischen Elektrode und Flüssig- oder Festelektrolyt – bilden. Ihre Mikrostruktur und chemische Zusammensetzung beeinflussen entscheidend die Grenzflächenprozesse innerhalb der Batterie und bestimmen damit unter anderem ihre Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit.
Forschungsbereich D - Integration und nachhaltiges Zell-Engineering
Das Hochskalieren von Materialsynthese und Zellenbau, Studien zur Produktionsfähigkeit neuer technischer Ansätze, Bewertung der Zellsicherheit und Durchführung von Lebenszyklusanalysen der neuen Technologien werden den Weg für den Technologietransfer ebnen. Ein zentrales Forschungsdatenmanagement und die Entwicklung automatisierter Datenanalyse-Tools flankieren alle Arbeiten im Cluster, setzen Standards für den Umgang mit Forschungsdaten und ermöglichen eine integrative, forschungsbereichsübergreifende Datenanalyse, von der wir uns neuartige Erkenntnisse in der Batterieforschung erhoffen.
Forschungsbereich X - Querschnittsthemen
In diesem Forschungsbereich werden innovative Themen, wie Kalium-Batterien, organische Redox-Systeme, KI-gestützte virtuelle Simulationen oder Degradation bearbeitet. Hierzu werden die Kompetenzen aus allen übrigen Bereichen zusammengezogen.
Die großen Herausforderungen unseres Forschungsvorhabens werden in vier Forschungsbereichen behandelt, die sich den Schwerpunktthemen Elektrodenmaterialien, Elektrolyte, Grenzflächen und Integration & Nachhaltige Zelltechnik widmen. Die Forschergruppen sind in 14 Arbeitspaketen organisiert, die interdisziplinäre Projekte umfassen. Der Cluster verfolgt einen multidisziplinären Ansatz, der Nass- und Festkörperchemie, Elektrochemie, atomistische und Kontinuums-Modellierung mit Chemieingenieurwesen und Verfahrenstechnik verbindet. Die erarbeiteten Konzepte werden auf Batterie-Vollzellen übertragen, um sie auf Leistungsfähigkeit, Nachhaltigkeit und Sicherheit zu überprüfen. Es gibt eine rasch steigende Nachfrage für zukünftige Batterien, die Folgendes umfassen und unsere Forschung definieren:
- Nachhaltige Materialien und Herstellungsverfahren
- Erhöhte volumetrische/gravimetrische Energiedichte
- Eigensichere Konstruktion
- Lange Betriebs- und Haltbarkeitsdauer
- Niedriger Preis pro kWh
Forschungsbereich A - Elektrodenmaterialien
Elektrodenmaterialien definieren und begrenzen die Energiemenge, die pro Gewicht und Volumen einer Batterie gespeichert werden kann. Unser Ziel ist es, neue Post-Lithium-Speichermaterialien mit hohen Kapazitäten zu identifizieren, zu synthetisieren und zu testen und dabei ein noch tieferes Verständnis für ihre Funktionsweise zu erlangen.
Forschungsbereich B - Elektrolyten
Elektrolyte ermöglichen den Transport von elektrisch geladenen Teilchen (Ionen) zwischen den beiden Elektroden einer Batterie. Hauptziel ist die Identifizierung, Synthese und Prüfung neuer, stabiler und hocheffizienter flüssiger oder fester Transfersysteme für Post-Lithium-Ionen.
Forschungsbereich C - Grenzflächen
Wir wollen die Entstehung und die Art von Grenzflächen besser verstehen, die sich innerhalb einer Post-Li-Batterie – z.B. am Kontakt zwischen Elektrode und Flüssig- oder Festelektrolyt – bilden. Ihre Mikrostruktur und chemische Zusammensetzung beeinflussen entscheidend die Grenzflächenprozesse innerhalb der Batterie und bestimmen damit unter anderem ihre Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit.
Forschungsbereich D - Integration und nachhaltiges Zell-Engineering
Das Hochskalieren von Materialsynthese und Zellenbau, Studien zur Produktionsfähigkeit neuer technischer Ansätze, Bewertung der Zellsicherheit und Durchführung von Lebenszyklusanalysen der neuen Technologien werden den Weg für den Technologietransfer ebnen. Ein zentrales Forschungsdatenmanagement und die Entwicklung automatisierter Datenanalyse-Tools flankieren alle Arbeiten im Cluster, setzen Standards für den Umgang mit Forschungsdaten und ermöglichen eine integrative, forschungsbereichsübergreifende Datenanalyse, von der wir uns neuartige Erkenntnisse in der Batterieforschung erhoffen.
Forschungsbereich X - Querschnittsthemen
In diesem Forschungsbereich werden innovative Themen, wie Kalium-Batterien, organische Redox-Systeme, KI-gestützte virtuelle Simulationen oder Degradation bearbeitet. Hierzu werden die Kompetenzen aus allen übrigen Bereichen zusammengezogen.
Koordinierende Einrichtung
- Karlsruher Institut für Technologie
Kooperationspartner mit Förderung
- Justus-Liebig-Universität Gießen
- Universität Ulm
