Forschung

Die Forschung am BayBatt baut auf vorhandener langjähriger Expertise an der Universität Bayreuth auf.
Folgende Schwerpunktthemen sind aktuell Gegenstand unserer Forschungsarbeiten:

Sichere High-Performance Materialien

Das kombinierte Know-How der Universität Bayreuth auf dem Gebiet der Verarbeitung von Polymeren mittels Elektrospinnen und der Entwicklung von Li-Ionen leitenden Keramikplättchen ermöglicht neuartige Materialoptionen für dünnere, gut benetzbare und gleichzeitig sichere und hocheffiziente Batterieseparatoren. Im Bereich der Forschung und Entwicklung von All-solid-state Batterien stehen Arbeiten zur Forschung an Feststoffelektrolyten auf Basis von ionogenen Blockkopolymeren, Metall-organischen Gerüsten (metal organic framework, MOF) und Li-Granate im Fokus.
Als neuartige und sichere Kathoden-Aktivmaterialien werden u.a. schichtförmige polyanionische auf Eisen basierende Materialien untersucht, die einen Redoxwechsel von Fe(II) nach Fe(IV) erlauben.

Grenzflächenphänomene und Transportprozesse in Batterien

Der Ladungs- und Materialtransport innerhalb eines elektrochemischen Energiespeichers wird durch Grenzflächenprozesse bestimmt und hat damit einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batteriesystemen. Die Ausbildung der solid electrolyte interphase (SEI) sowie von Defektstrukturen auf Elektroden nach mehreren Ladezyklen stellt in vielen Fällen den entscheidenden limitierenden Faktor für den Ladungstransport an Elektrolyt/Elektroden Grenzflächen dar. Am BayBatt werden Kombinationen von analytischen Techniken für die Untersuchung von Batteriematerialien unter in-situ Bedingungen sowie operando weiterentwickelt. Im Fokus stehen dabei z.B. die Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS), die Röntgentomographie, Scanning Electrochemical Microscopy (SECM) und Raman-Mikroskopie. Darüber hinaus steht im Nordbayerischen NMR-Zentrum modernste in-operando-NMR-Analytik zur Verfügung.

Intelligente Batterie

Ziel dieses Forschungsschwerpunktes ist es, Batteriesysteme zu befähigen den eigenen Zustand hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Strombelastbarkeit und Restkapazität zu bestimmen und zu prognostizieren. Eine intelligente Batterie soll in der Lage sein, mit dem überlagerten Energiesystem bidirektional zu kommunizieren, Anforderungen entgegenzunehmen und Limitierungen zurückzumelden. Erkenntnisgrundlage ist hierbei die elektrochemische Operando-Analyse und die experimentelle Diagnose von Materialien und Grenzflächen.

Vernetzte Batteriespeicher – Daten, Kommunikation und Wirtschaftlichkeit

Durch die Zunahme batterieelektrischer Fahrzeuge und stationärer Speicher wird zukünftig eine Vielzahl neuer Batteriespeicher am Strommarkt teilnehmen. Im BayBatt sollen Lösungen für vernetzte Speicher technisch und wirtschaftlich untersucht und entwickelt werden, so dass sie ihr volles Potenzial im Markt entfalten können. Insbesondere soll die Dynamik des Speichersystems und dessen Eignung für spezifische Systemdienstleistungen wie Momentanreserve, Primärregelung und Schwarzstartfähigkeit in den Blick genommen werden. Die Analyse und Kopplung des Speichers innerhalb von Energiesystemen erfolgt in enger Kooperation mit dem Zentrum für Energietechnik. 

Nachhaltigkeit

Nachhaltigkeit bedeutet umfassende Betrachtung von Batterien über den gesamten Lebenszyklus. Themenfelder sind Ressourcen (und Reserven) der eingesetzten Materialien sowie die Produktion inklusive Energieverbrauch, CO₂-Fußabdruck und eingesetzte Materialien wie z.B. Lösemittel. Die Lebensdauer in der ersten (und ggf. einer zweiten) Anwendung der Batterie ist darüber hinaus maßgeblich für die ökologische und ökonomische Bilanz. Im Anschluss dreht sich Nachhaltigkeit um die Kreislaufführung, wobei nicht nur Stoff- sondern auch Produktrecycling durch Refabrikation im Fokus stehen.