Leistungsstarke Batteriespeicher entwickeln, die gleichzeitig nachhaltig, sicher und günstig sind: So lautet das Ziel der europäischen Forschungsinitiative Battery 2030+. Nun haben die beteiligten Institutionen und Unternehmen eine Roadmap veröffentlicht, die sowohl die Eigenschaften der Batterien der Zukunft definiert als auch Maßnahmen zur Beschleunigung der Entwicklung aufführt.
Forschung in drei Richtungen
In der Roadmap wurden drei Hauptforschungsrichtungen identifiziert. Sie umfassen eine gemeinsame Plattform zur Materialentwicklung mithilfe von Künstlicher Intelligenz, vernetzte Sensoren und Selbstheilungstechnologie für Batterien sowie nachhaltige Herstellungs- und Recyclingverfahren.
„Wir wollen die Suche nach neuen Materialien und dem richtigen Materialmix beschleunigen, neuartige Funktionen auf den Weg bringen sowie Herstellungs- und Recyclingkonzepte etablieren“, verdeutlicht Prof. Maximilian Fichtner, Leiter der Abteilung Energiematerialien am Institut für Nanotechnologie des KIT. „Mit Battery 2030+ bringen wir nun die Expertise auf den jeweiligen Teilgebieten in ganz Europa zusammen und arbeiten koordiniert. So haben wir die Chance, in der Batterieentwicklung weltweit vorne mitzumischen, auch im Wettbewerb mit den USA und Asien.“
Materialien mittels KI schneller entwickeln
Um zu lernen, wie sich bestimmte Materialien verhalten und wie sie eingesetzt werden müssen, um bestimmte Eigenschaften hervorzurufen, soll zunächst eine weltweit einzigartige Hochdurchsatzanlage (Materials Acceleration Platform oder MAP) aufgebaut werden. Die Kombination von automatisierter Synthese, Charakterisierung und Materialmodellierung sowie Data-Mining-Techniken und KI in der Versuchsauswertung und -planung soll die Entwicklung von neuen Batteriematerialien entscheidend beschleunigen.
Aufbauend auf dieser gemeinsamen Plattform wird sich Battery 2030+ an die Analyse der Eigenschaften von Materialschnittstellen machen, etwa der zwischen Elektrode und Elektrolyt oder zwischen aktivem Material und unterschiedlichen Zusätzen. Dieses „Schnittstellengenom“ (Battery Interface Genome oder BIG) soll den Forschern dabei helfen, vielversprechende Ansätze für neue, hochleistungsfähige Batterien zu entwickeln.
Batterieversagen durch Selbstheilung verhindern
Externe Faktoren wie extreme Temperaturen, mechanische Beanspruchung, übermäßige Leistung während des Betriebs oder einfach nur die Alterung im Laufe der Zeit wirken sich nachteilig auf die Leistung einer Batterie aus. Die Forscher haben sich deshalb vorgenommen, intelligente und vernetzte Sensorkonzepte zu entwickeln, die künftig chemische und elektrochemische Reaktionen direkt in der Batteriezelle beobachten. Durch sie ließen sich frühe Stadien des Batterieversagens oder unerwünschte Nebenreaktionen entdecken, die zur Batteriealterung führen.
Außerdem sollen die Batterien der nächsten Generation mit „Selbstheilungskräften“ ausgestattet werden: Schäden im Inneren einer Batterie, die zu einem Batterieversagen führen würden, lassen sich durch geschickten Materialeinsatz ausgleichen. So werden auch gebrauchte Zellen von hoher Qualität für einen zweiten Einsatz attraktiv.
Battery 2030+ verfolgt zudem schon bei der Entwicklung eine möglichst hohe Nachhaltigkeit. Parameter wie ressourcensparende Herstellbarkeit, Recyclingfähigkeit, kritische Rohstoffe und Toxizität sollen hierzu direkt in die Algorithmen der MAP-basierten Entwicklung neuer Batteriekonzepte einfließen.
Die ersten Vorhaben aus der Roadmap für Battery 2030+ wurden von der EU bereits bewilligt; sie können nun starten.
