Metall- und flüssigkeitsfreie organische Lithium-Ionen Batterien als nachhaltige und sichere Energiespeicher (MOLIBE)

  • Projektteam:

    Weil, Marcel (Projektleitung); Merve Erakca

  • Förderung:

    Zusammenarbeit mit Frankreich unter der Beteiligung von Wissenschaft und Wirtschaft („2+2“-Projekte) bei Forschung und Entwicklung für eine nachhaltige Energieversorgung Europas

  • Starttermin:

    2019

  • Endtermin:

    2022

  • Projektpartner:

    Helmholtz-Institut Ulm (HIU); Daikin Chemical Europe GmbH; CEA Grenoble; CNRS-LEPMI; Bernard Dumas; CANOE R&D

  • Forschungsgruppe:

    Forschung für nachhaltige Energietechnologien

Projektbeschreibung

Lithium-Ionen-Batterien werden als die vielversprechendste Technologie zur reversiblen Energiespeicherung betrachtet, um eine nachhaltige Elektrifizierung der Mobilitätsbedürfnisse der heutigen Gesellschaft zu ermöglichen. Allerdings gibt es neben dem dringenden Bedarf an verbesserten Energie- und Leistungsdichten zwei wesentliche Herausforderungen für die weitere Verbreitung der Technologie: die hohen Kosten sowie ernsthafte Sicherheitsbedenken. Während die vergleichsweise hohen Kosten maßgeblich auf die in der Batterie enthaltenen teuren Metalle wie Kobalt, Nickel oder Kupfer zurückzuführen sind, ergeben sich Sicherheitsbedenken vor allem aufgrund der leichten Entflammbarkeit und der geringen Stabilität der flüssigen Elektrolyte. Diesen Herausforderungen nimmt sich das MOLIBE-Projekt an. In dem Projekt (unter der Gesamtleitung von Dr. Dominic Bresser, HIU-KIT) werden vollständig feste, metallfreie wiederaufladbare Batterien entwickelt. Diese Batterien basieren auf organischen Aktivmaterialien und polymeren Elektrolytsystemen. Die französischen und deutschen Projektpartner decken die gesamte Bandbreite der hierfür benötigten Fähigkeiten ab – von der Synthese und Charakterisierung der organischen Aktivmaterialien, Polymerelektrolyte und neuer Stromsammler über die Fertigung und Untersuchung der elektrochemisch zu charakterisierenden Zellen bis hin zur Analyse und Bewertung der Nachhaltigkeit der gesamten Wertschöpfungskette.

Die wesentlichen Ziele des MOLIBE-Projekts sind:

  • Entwicklung organischer Aktivmaterialien, metallfreier Stromsammler und schließlich auch nichtmetallischer Ladungsträger, um auf jegliche metallische Komponente zu verzichten.
  • Erhöhung der Sicherheit durch die Implementierung polymerer Elektrolytsysteme mit hoher ionischer Leitfähigkeit.
  • Entwicklung eines grundlegenden Verständnisses der verschiedenen chemischen und elektrochemischen Reaktionen in der Batteriezelle.
  • Unterstützung des Entwicklungsprozesses durch eine kontinuierliche und prospektive Lebenszyklusanalyse, um die Nachhaltigkeit des neu entwickelten elektrochemischen Energiespeichers sicherzustellen.

Publikationen


2021
Vorträge
Erakca, M.; Baumann, M.; Bauer, W.; Biasi, L. de; Ruhland, J.; Bold, B.; Weil, M.
Energieflussanalyse der Produktion von Lithium-Ionen Batteriezellen im Labormaßstab mit Vergleich verschiedener Produktionsskalen.
2021. STORENERGY Congress (2021), Online, 17.–18. November 2021 
Erakca, M.; Weil, M.; Bresser, D.; Bautista, S. P.
Conducting Prospective LCAs – the Example of Metal and Liquid-free Organic Lithium-ion Battery.
2021. 10th HIU Biennial Meeting (2021), Helmholtz-Institut Ulm, 15.–16. September 2021 
Erakca, M.; Weil, M.; Bresser, D.; Bautista, S. P.
Challenges and Pitfalls of Conducting Prospective LCA for Emerging Technologies: The Example of Metal-Free Organic Batteries.
2021. 15th Conference Society And Materials (EcoSD 2021), Online, 10.–11. Mai 2021 
2020
Poster
Erakca, M.; Weil, M.; Bresser, D.; Bautista, S. P.
Life cycle assessment of metal and liquid-free organic lithium-ion batteries as sustainable and safe energy storage technologies.
2020. International Battery Production Conference (IBPC 2020), Online, 2.–4. November 2020 

Kontakt

Dr.-Ing. Marcel Weil
Karlsruher Institut für Technology (KIT)
Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse (ITAS)
Postfach 3640
76021 Karlsruhe

Tel.: 0721 608-26718
E-Mail