Cluster of Competence for Solid-state batteries (FestBatt)

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Description

Festkörperbatterien sind eine vielversprechende Weiterentwicklung von aktuell verfügbaren wiederaufladbaren Batterien. Sie sind vergleichbar mit konventionellen Lithium-Ionen-Batterien, unterscheiden sich aber vor allem dadurch, dass der Elektrolyt fest statt flüssig ist. Ein Elektrolyt sorgt innerhalb einer Batteriezelle für den Transfer von Ionen zwischen den Elektroden. Festelektrolyte ermöglichen es Festkörperbatterien, potenziell höhere Energiespeicherkapazitäten und verbesserte Leistungen zu bieten, was insbesondere in der Elektromobilität zu längeren Reichweiten und kürzeren Ladezeiten führen kann. Eine Schlüsselkomponente ist hierbei die negative Elektrode, an der intensive Materialforschung betrieben und insbesondere geeignete Konzepte mit Lithiummetall und Silizium untersucht werden. Deren Einsatz kann allerdings bei Betrieb mit Flüssigelektrolyten das Risiko bergen, im Falle eines Kurzschlusses einen Brand auszulösen. Durch passende Wahl der Zellchemie und eines nicht brennbaren Festelektrolyten kann dieses Problem in Festkörperbatterien gelöst werden, sodass weiterhin ein hoher Sicherheitsstandard möglich ist. Vor einer erfolgreichen Kommerzialisierung von Festkörperbatterien müssen jedoch noch wesentliche Material- und Produktionsherausforderungen gelöst werden. Daher arbeitet der Kompetenzcluster für Festkörperbatterien (FestBatt) mit über 180 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 45 Gruppen an 22 Forschungseinrichtungen in Deutschland transdisziplinär und zielorientiert an der Entwicklung und Realisierung unterschiedlicher Zellkonzepte für Festkörperbatterien. Neben der Herstellung, Optimierung, Verarbeitung und Skalierung von geeigneten Festelektrolyten steht vor allem die Bewertung der Zellkonzepte und einer prozesstechnischen Umsetzung für Festkörperbatterien im Fokus. Die Forschungsaktivitäten in FestBatt profitieren dabei stark von einem umfangreichen Arsenal an Analysemethoden und werden signifikant durch theoretische sowie simulationsgestützte Studien ergänzt. Der Kompetenzcluster wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) finanziert und ist in das BMBF-Dachkonzept „Batterieforschung“ eingebunden. Die anwendungsnahen Arbeiten werden durch einen Expertenbeirat aus Vertretern und Vertreterinnen des BMBF, der Industrie sowie des Projektträgers begleitet vom Zentrum für Materialforschung (ZfM) der Justus-Liebig-Universität Gießen koordiniert.