Kunststoff-Batterien als Hoffnungsträger

Meilenstein für die Batterieforschung: Die DFG fördert mit mehr als 12 Mio. EUR ein Schwerpunktprogramm für die Erforschung Polymer-basierter Batterien.

Die Entwicklung nachhaltiger und umweltschonender Energiespeicher ist neben der Nutzung von erneuerbaren Energiequellen eine der größten Herausforderungen, um die Energiewende realisieren zu können. Der „Wettstreit“ um das beste Speicherkonzept hat längst in Wirtschaft und Wissenschaft begonnen. Nun will die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) es deutschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern ermöglichen, eine weltweit führende Rolle in diesem aufstrebenden Gebiet auf- und auszubauen.

Die DFG hat dazu heute die Einrichtung des Schwerpunktprogramms „Polymer-basierte Batterien“ (SPP 2248) verkündet, das in den kommenden sechs Jahren mit über 12 Mio. EUR gefördert wird. Koordinator des Programms ist Prof. Dr. Ulrich S. Schubert vom „Zentrum für Energie und Umweltchemie“ (Center for Energy and Environmental Chemistry Jena / CEEC Jena) der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Neben Jena sind die Universitäten in Bochum, Dresden, Freiburg und Karlsruhe im Koordinationsteam beteiligt.

Das Schwerpunktprogramm (SPP) wird die lokal verstreuten Aktivitäten in Deutschland zusammenführen und die Forschung zu neuen organischen bzw. polymeren Materialien für die Energiespeicherung fördern. „Die Einrichtung des beantragten Schwerpunktprogrammes durch den Senat der DFG stellt einen Meilenstein für das CEEC Jena und die Batterieforschung in Deutschland dar“, sagt Ulrich S. Schubert. „Nun können die in Deutschland vorhandenen Expertisen auf dem Feld der Polymer-basierten, druckbaren Metall-freien Batterien gebündelt werden, um für neuartige Anwendungen im Gesundheitswesen, der Sensorik und des Internets der Dinge Energiespeicher zu entwickeln“, so der Jenaer Chemiker und Materialwissenschaftler.

Das Forschungsprogramm wird sich Polymerbatterien widmen, die neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen sollen, die mit den bisher eingesetzten „alten“ Batteriekonzepten nicht adressierbar sind. Die innovativen Batteriesysteme auf Kunststoffbasis haben gegenüber den etablierten klassischen Lithium-Ionen-Batterien zahlreiche Vorzüge.

Aufgrund der Verwendung von organischen und polymeren Materialien können Vorteile im Hinblick auf die notwendige Energie für die Herstellung, beim Recycling und bei der Anwendung, etwa als flexible und druckbare Batterien, erreicht werden. Insbesondere Batterien mit Polymeren als aktives Elektrodenmaterial bieten die Möglichkeit, die oft eingesetzten Schwermetalle in vielen Anwendungen zu ersetzen und sind daher nachhaltiger.

„Die definierten Strukturen von organischen und polymeren Materialien erlauben verlässliche Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und daher eine sehr gut kontrollierbare und einstellbare Elektrochemie“, sagt Prof. Schubert. Zusätzlich können Polymer-basierte Batterien einzigartige Eigenschaften aufweisen, wie das Laden innerhalb von wenigen Minuten oder sogar Sekunden, Verarbeitbarkeit der Elektroden bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen, wodurch die Kohlenstoffbilanz verbessert wird, und die Druckbarkeit der Batterien, nennt er weitere Vorteile.

Fünf Bereiche werden von den beteiligten Partnern im Schwerpunktprogramm „Polymer-basierte Batterien“ untersucht:

1. die Modellierung für die Identifizierung von vielversprechenden Materialien,
2. das grundlegende Verständnis der ablaufenden (Redox-)Prozesse und möglicher Nebenreaktionen,
3. das Design und die Synthese von redoxaktiven Polymeren,
4. die Entwicklung von neuen Elektrolyten sowie,
5. die detaillierte Charakterisierung für die Aufklärung der in den Kompositen ablaufenden Prozesse.

Das neue Schwerpunktprogramm und den aktuellen Stand der Forschung wird die 3. Internationale Konferenz zum Thema „Organische Batterien“, die Organic Battery Days 2019 aufzeigen, die vom 3. bis 5. Juni 2019 an der Universität Jena stattfindet.

gk