FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE KONTAKT

Chemisch-Geowissenschaftliche Fakultät
Physikalisch-Astronomische Fakultät
Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme
Center for Energy and Environmental
Chemistry Jena (CEEC Jena)
FORSCHUNGSSCHWERPUNKTE
Energie- und Umwelttechnologien stellen entscheidende
Schlüsseltechnologien für das
21. Jahrhundert dar und gehören zu den maßgeblichen
wissenschaftlichen, gesellschaftlichen und gleichzeitig
wirtschaftlichen Herausforderungen. Alternative Wege
zur Energieerzeugung und
Energiespeicherung müssen –
gerade auch im Hinblick auf
die Energiewende—mit Hochdruck erforscht und in technologische Entwicklungen sowie
Produkte umgesetzt werden.
Im gemeinsam von der Friedrich-Schiller-Universität Jena
und dem Fraunhofer Institut
für Keramische Technologien
und Systeme IKTS betriebenen
„Center for Energy and En-
vironmental Chemistry Jena“ (CEEC Jena) werden
Grundlagenforschung und anwendungsorientierte Forschung sowie Entwicklung vereint, um die Entwicklung neuer Materialien für die Energiespeicherung, Energieerzeugung und für Umwelttechnologien voranzutreiben.
POLYMERBATTERIEN
NEUE VERFAHREN FÜR
HOCHTEMPERATURBATTERIEN
Das Fraunhofer Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS entwickelt in seinem Institutsteil in Hermsdorf Batterien für
die stationäre und industrielle Speicherung
von Elektroenergie.
Ein Großteil der gebräuchlichen elektrischen Energiespeicher nutzt derzeit Metalle als Aktivmaterial in den Elektroden.
Allerdings sind einige der verwendeten
Metalle giftig und außerdem schwierig
mit langfristiger Versorgungssicherheit
zugänglich (z.B. Kobalt, Seltene Erden):
Diese Probleme lassen sich durch den
Einsatz von organischen Materialien umgehen, welche aus den einfach verfügbaren Elementen Kohlenstoff, Wasserstoff,
Stickstoff und Sauerstoff bestehen. Im
Gegensatz zu den typischen „BatterieMetallen“ (Blei, Lithium, Kobalt, Nickel
etc.) weisen organische Radikalbatterien
(ORBs) noch weitere zahlreiche Vorteile
auf: ORBs zeichnen sich durch hohe Ladungskapazitäten (>100 mAh/g), hohe
Ladungs- und Entladungsgeschwindigkeiten und eine lange Lebensdauer
(teilweise über 1000 Zyklen) aus. Weiterhin können beispielsweise flexible
„Folienbatterien“ hergestellt (gedruckt)
werden (siehe Foto links).
Als Partner des CEEC Jena fokussiert das IKTS
dabei insbesondere auf neue Werkstoffe und
Technologien. Das Herzstück der cerenergy®
Batterien ist ein keramisches Bauteil – ein sogenannter Elektrolyt, der bei Temperaturen
von ca. 300 °C durchlässig für Natrium-Ionen
wird. Dadurch können die IKTS-Forscher diese
Batterien aus extrem kostengünstigen, ungiftigen, umweltfreundlichen und einheimischen
Rohstoffen wie Aluminiumoxid, Nickel, Kochsalz und dem Mineral Böhmit herstellen. Es
werden keinerlei Edelmetalle oder seltene Erden benötigt.
Fraunhofer cerenergy® - Keramische
Batterien aus Hermsdorf
POLYMER-REDOX-FLOW-BATTERIEN
Redox-Flow-Batterien (RFB) sind eine besondere Klasse von stationären elektrochemischen Energiespeichern. Sie eignen
sich aufgrund ihrer Leistungsparameter
zur Stabilisierung von elektrischen Versorgungsnetzen, zur Lastpufferung („peak
shaving“) und zum Ausgleich von Leistungsschwankungen regenerativer Energiesysteme (Windparks, Photovoltaik)
über längere Zeiträume hinweg.
KONTAKT
Im Gegensatz zu klassischen Batterien
sind Leistung (kW) und Kapazität (kWh)
unabhängig skalierbar, sodass RFBs an die
Anforderungen verschiedener Anwendungen leicht angepasst werden können.
RFBs verwenden an den Elektroden gelöste redoxaktive Polymere (Kunststoffe),
die beim Lade- bzw. Entladevorgang in einer elektrochemischen Zelle Elektronen
aufnehmen oder abgeben. Dazu werden
Prof. Dr. Ulrich S. Schubert / Center for Energy and Environmental Chemistry Jena (CEEC Jena) / Philosophenweg 7a / 07743 Jena /
Telefon: 03641 948200 / E-Mail: [email protected]
die Elektrolytlösungen (Katholyt, Anolyt)
aus einem Tank entnommen und aktiv an
die Elektroden gepumpt. Anoden- und
Kathodenraum sind durch eine Membran
getrennt. Damit ist die Energiemenge, die
in einer RFB gespeichert werden kann, direkt proportional zur Größe der Vorratstanks. Die entnehmbare Leistung dagegen ist eine Funktion der Größe des
elektrochemischen Reaktors.