Als Batterien der nächsten Generation haben Festkörperbatterien das Potenzial, die Elektromobilität massentauglich zu machen und Strom aus erneuerbaren Energien langfristig, effizient und zuverlässig zu speichern. Sie zeichnen sich aus durch grosse Speicherkapazitäten, kurze Ladezeiten und hohe Sicherheit.

Feste Materialien für mehr Leistung und Sicherheit
Die aktuell häufig eingesetzten Lithium-Ionen-Batterien haben in ihrem Inneren einen flüssigen Elektrolyten. Dieser ermöglicht den Austausch der Ionen zwischen den beiden Elektroden und somit die Stromproduktion – er ist allerdings auch brennbar. Fehler bei Ladevorgängen, Betrieb oder Lagerung können zu Brand oder Explosion der Batterien führen. Im Gegensatz dazu bestehen Elektroden und Elektrolyt bei Festkörperbatterien aus festen Materialien, die nicht entflammbar sind. Zudem zeichnen sie sich durch eine lange Lebensdauer und Lagerfähigkeit aus und zeigen auch bei Temperaturschwankungen keine plötzlichen Leistungseinbrüche. Diese neuartige Batterietechnologie könnte Elektrofahrzeugen eine höhere Reichweite ermöglichen und sie sicherer machen.

DLR-Expertise: Modellierung und Simulation
Der Schwerpunkt des Kompetenzclusters liegt auf der Erforschung der benötigten Materialien sowie der für die Kommerzialisierung notwendigen Prozesstechnologie. Wissenschaftler der Abteilung für computergestützte Elektrochemie des DLR-Instituts für Technische Thermodynamik werden dazu am Helmholtz Institut Ulm gemeinsam mit Partnern an der Technischen Universität Darmstadt, der Technischen Universität München, der Universität Münster sowie am Helmholtz Institut Münster und am Karlsruhe Institut für Technologie (KIT) in einer Methodenplattform arbeiten, die Theorien und Daten rund um die Festkörperbatterie zusammenbringt. "Wir werden vor allem computerbasierte Modelle und Simulationen entwickeln, mit deren Hilfe wir die Prozesse im Inneren von Festkörperbatterien besser verstehen und optimieren können – von der Materialebene über die Struktur der Elektroden bis hin zur Batteriezelle", erklärt Professor Arnulf Latz, der die Abteilung für computergestützte Elektrochemie am DLR-Institut für Technische Thermodynamik und Helmholtz Institut Ulm leitet.

Das deutsche Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert das Kompetenzcluster "FestBatt" mit 16 Millionen Euro für einen Zeitraum von sechs Jahren. Koordiniert wird das Vorhaben von der Justus-Liebig-Universität Giessen (JLU).

Text: DLR