Deutschlandweit an der Spitze: Batterieforschung der Uni Ulm

Das Helmholtz-Institut auf dem Ulmer Campus ist einer der wenigen Forschungsstandorte in Deutschland, die noch heute intensiv Elektrochemie betreiben. Die Wissenschaftler suchen nach neuen Materialkombinationen für Batteriegenerationen der Zukunft. Ohne modernste Energiespeicher wird die Energiewende nicht gelingen, sagt Maximilian Fichtner. Er leitet das Ulmer Institut, ist obendrein Professor an der Universität Ulm und forscht auch noch im Karlsruher Technologie-Institut (KIT), das eng mit der Ulmer Einrichtung verbunden ist.

Am Anfang steht das Theoriemodell. Wenn sich Stoffe „rechnen“, werden sie im Labor des HIU, wie das Helmholtz-Institut Ulm kurz genannt wird, in einem Versuchsschrank an Elektroden angeschlossen, die die Werte an einen Computer übertragen. Ein Langzeittest. Läuft der Versuchsaufbau stabil? Auch wenn diese Testreihe positiv abschließt, muss der Stoff viele weitere Hürden nehmen: Kann man damit auch eine Massenproduktion aufbauen? Steht von diesem Material genügend zur Verfügung? Ist es vielleicht toxisch oder feuergefährlich? Wie müsste eine Produktionsstraße dafür aussehen?

Fichtner und seine Kollegen haben gerade ein neues Speichermaterial getestet. Es wurde auf molekularer Ebene chemisch so verändert, dass es sich über viele Ladezyklen hinweg stabil verhält. Und es hat den großen Vorteil, dass es sich in kürzester Zeit auflädt und lästig lange Ladezeiten unnötig macht. Es handelt sich um Porphyrin, einen Stoff, der erst Ende des 19. Jahrhunderts entdeckt wurde. Bislang wurde nur im Grammbereich experimentiert. „Wir sind dabei, die Grundeigenschaften überprüfen zu lassen“, sagt Fichtner. Auch Natrium und Magnesium könnten geeignet sein für die nächste Batteriegeneration. „Wir suchen nach Alternativen zum Lithium.“ Das Leichtmetall ist an der Luft schwer handhabbar, der Vorrat auf der Erde ist gering und das Material schwer regelbar. Aber derzeit führt an der Lithium-Ionen-Batterie noch kein Weg vorbei.

„Wir sind eine der führenden Gruppen in diesem Bereich weltweit“, so der Forschungsleiter. An der Uni kümmert sich eine Forschergruppe um grundlegende Fragen der Batterieforschung und arbeitet eng mit dem HIU zusammen. Und in Sichtweite, nur jenseits der Helmholtz-Straße, steht das ZSW, das Zentrum für Solar- und Wasserstoffforschung. Übersteht eine Testreihe die Prüfungen im HIU, werden die Ergebnisse ans ZSW weitergereicht. Dort werden erste Batteriesysteme praktisch geprüft, bis hin zur Prototypenfertigung. Durch das HIU ist die Elektrochemie auf dem Campus auf 300 Mitarbeiter angewachsen. „Das ist der größte Standort in Deutschland und einer der größten in Europa“, so Fichtner.

Die Lithium-Ionen-Batterie werde in ein paar Jahren in Häusern für die Energiespeicherung aus eigenen Solaranlagen wirtschaftlich sein, „die Kosten sind schon die letzten Jahre um 14 Prozent gesunken“. Damit werde der selbst gespeicherte Strom bald günstiger sein als der aus dem Netz. Und auf der Straße gehört den Elektroautos die Zukunft. „Das fängt jetzt an: In zehn Jahren sieht die Welt anders aus, in 20 gibt es nur noch Elektroautos.“

Dafür wird aber nicht nur ein viel dichteres Netz an Ladestationen benötigt, sondern auch eine große Batteriefertigung in Europa, um nicht abhängig zu werden von Herstellern in Asien. Eine solche aufzubauen wäre teuer, sagt Fichtner. „Aber die Frage ist, was es uns kostet, wenn wir das nicht tun.“ Fichtner wüsste auch schon, wo eine solche am besten angesiedelt werden sollte: In Süddeutschland, weil da die großen Autokonzerne ihre Werke haben und das größte Wissen in Sachen Batterieforschung vorhanden ist.

Info:

HIU steht für Helmholtz-Institut Ulm. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist die erste außeruniversitäre Forschungseinrichtung auf dem Uni-Campus. Das HIU zählt etwas mehr als 100 Mitarbeiter. Geschäftsführender Direktor ist Prof. Maximilian Fichtner.