Bei einem Laborrundgang im Excellenzcluster verschaffte er sich einen Überblick über ein weltweit einmaliges, volldigitalisiertes und vollautomatisiertes Labor zur beschleunigten Materialentwicklung. Am ZSW standen die Anlagen zur Erforschung der seriennahen Produktion von großen Lithium-Ionen-Zellen im Fokus (Bild).
»Der Excellenzcluster POLiS, die Forschungsplattform CELEST und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg sind Knotenpunkte der Batterie- und Wasserstoffforschung. Hier wird Batterietechnologie auf ein ganz neues Level gehoben. Mit der Entwicklung neuer Batteriematerialien, die nicht mehr auf kritische Materialien angewiesen sind, wird in Ulm ein extrem wichtiger Beitrag dazu geleistet, dass unsere Wirtschaft unabhängiger werden kann – schließlich haben uns die geopolitischen Veränderungen vor Augen geführt, welche Auswirkungen Abhängigkeiten haben können«, so Ministerpräsident Kretschmann. »Als Landesregierung haben wir auch deswegen den Runden Tisch Batterie initiiert, um Forschung und Unternehmen in diesem Bereich zusammenzubringen. Und um Herausforderungen und Entwicklungen bei der Batterietechnik früh zu erkennen und zu begleiten.«
»An der Universität Ulm geht die elektrochemische Grundlagenforschung in die 1980er-Jahre zurück. Heute sind mehr als 400 Mitarbeitende an verschiedenen Einrichtungen an der gesamten Entwicklungskette der Batterieforschung tätig und machen Ulm damit zu einem der Batterie-Kompetenzzentren in Europa«, so Professor Michael Weber, Präsident der Universität Ulm.
»Am KIT verfolgen wir in der Batterieforschung einen transdisziplinären Ansatz, der die gesamte Wertschöpfungskette umfasst. Von der Materialforschung über die Produktionstechnik und Zellentwicklung bis zu kompletten Energiespeichersystemen arbeiten wir an innovativen Lösungen.« sagt Professor Holger Hanselka, der Präsident des KIT. »Dabei arbeiten wir praxisnah und kooperieren eng mit der Industrie und unseren renommierten Partnerinstitutionen in Ulm und auf der ganzen Welt, um einen Beitrag zur Energiewende zu leisten.«
»Aufgrund der langjährigen Expertise der Universität Ulm und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) sind gemeinsam mit dem ZSW das Helmholtz-Institut Ulm, POLiS und die Forschungsplattform CELEST entstanden. Die CELEST-Initiative macht uns zu einem der größten Player in der Batterieforschung weltweit«, so Prof. Dr. Maximilian Fichtner, Direktor von CELEST und Sprecher des Exzellenzcluster POLiS.
»Batteriematerialien, Batteriezellen und komplette Batteriesysteme - insbesondere für die Elektromobilität - entwickeln sich in rasanter Geschwindigkeit weiter. Im Ulmer Science Park sind alle Akteure bestens aufgestellt, um Entwicklungstrends in Batterien umzusetzen«, sagt. Prof. Dr. Markus Hölzle, ZSW-Vorstandsmitglied und Leiter des Geschäftsbereichs Elektrochemische Energietechnologien. »Der Fokus am ZSW in Ulm liegt auf dem Technologietransfer vom Labormaßstab in die Serienfertigung.«
Batterien auf Basis von Natrium, Magnesium und Calcium
Der Exzellenzcluster POLiS erforscht nachhaltigere Batteriematerialien und Technologiekonzepte auf Basis von Natrium, Magnesium und Calcium, die ohne Lithium und weitere kritische Rohstoffe auskommen. Einen wichtigen Baustein zur Erforschung der Lithium-Alternativen stellt die erste automatisierte Plattform zur beschleunigten Batteriematerial-Entwicklung dar.
»Unsere Anlage ist in der Lage, rund um die Uhr Batterien zu bauen, tausende Grenzflächen zu analysieren, mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz (KI) auszuwerten und neue Versuche zu planen. Neben der Beschleunigung durch Automatisierung kann durch die Algorithmen und KI eine zusätzliche, um den Faktor 10 schnellere, Optimierung erreicht werden und vielversprechende Batteriematerialien schneller und kostengünstiger zur Marktreife gebracht werden«, so Tenure-Track-Prof. Helge Stein (KIT), Forschungsbereichssprecher bei POLiS. Die Forschungsanlage ist zudem in einen europäischen Rahmen eingebettet. Die von der Anlage erfassten Daten aus allen Bereichen des Batterieentwicklungszyklus werden mit 34 Institutionen aus 15 Ländern im Projekt BIG-MAP der europäischen Forschungsinitiative BATTERY2030+ geteilt, in der auch CELEST eine wichtige Rolle spielt.
Industrielle Produktionsforschung vom Material bis in die Zelle
Mehr als 100 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am ZSW beschäftigen sich seit vielen Jahren mit Lithium-Ionen- und Post-Lithium-Batterien. Hierbei verfolgt das Institut eine ganzheitliche Herangehensweise: Beginnend bei der Herstellung und Charakterisierung von Aktivmaterialien, über den Bau von kompletten Batteriesystemen und deren Testung enden die Arbeiten mit dem Thema Batterierecycling. Ministerpräsident Winfried Kretschmann besichtigte die seit 2013 betriebene und im Jahr 2022 erweiterte, europaweit einzigartige Pilotanlage zur industriellen Produktion von großen Lithiumionenzellen, wie sie heute in Elektrofahrzeugen verbaut werden.
Eine weitere Station der Besichtigung war die Baustelle für das neue Technikum »Powder-Up«. In den nächsten zwölf Monaten errichtet das ZSW einen Neubau für eine Pilotanlage zur Herstellung von Kathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien in Materialchargen von 100 Kilogramm. Solche Mengen sind erforderlich, um große Batteriezellen für Elektroautos oder stationäre Speicher überhaupt erst herstellen zu können. Die Anlagen decken die komplette Produktionskette ab, ermöglichen aber auch Forschungsarbeiten zu einzelnen Fertigungsschritten. Die hergestellten Batteriematerialien können dann in Pilotanlagen bei Forschungsinstituten oder bei Batterieproduzenten eingesetzt werden. Das Land Baden-Württemberg unterstützt diesen Neubau mit 10 Millionen Euro.
