Ein Forschungsteam des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Polymerforschung (IAP) auf dem Potsdamer Wissenschaftspark arbeitet an der Entwicklung neuer Batteriematerialien zur Verbesserung der Batterieleistung. Diese Materialien sind hinsichtlich Energiedichte, Ladegeschwindigkeit, Lebensdauer und Sicherheit optimiert und eignen sich für Elektrofahrzeuge, Energiespeichersysteme und tragbare Geräte. Das Institut vereint Expertise aus verschiedenen Bereichen wie Polymerchemie, Membranverarbeitung und biobasierten Kohlenstoffmaterialien und zielt darauf ab, eine integrierte Plattform von der Synthese bis zum Prototypentest aufzubauen. Dr. Benjamin Heyne, Leiter der Abteilung Energiematerialien, erklärt: „Ziel ist es, eine integrierte Materialplattform aufzubauen – von der Synthese und Skalierung bis zur Prototypenherstellung und Charakterisierung. Wir unterstützen Unternehmen von der ersten Idee bis zum Übergang in größere Maßstäbe.“
Die am Institut entwickelten festen Polymer-Elektrolyte ersetzen herkömmliche flüssige Elektrolyte und erhöhen so die Sicherheit und thermische Stabilität. Diese Elektrolyte weisen bei Raumtemperatur eine Ionenleitfähigkeit von über 10-4 S/cm auf, und ihre Eigenschaften können durch molekulare Modifikationen angepasst werden. Sie sind kompatibel mit Natrium-Ionen-, Zink-Luft- und Lithium-Ionen-Batteriesystemen. Darüber hinaus kombiniert der Polymer-Verbundelektrolyt organische und anorganische Komponenten, um die Leitfähigkeit und Sicherheit weiter zu optimieren. Polymer-Verbundkathodenmaterialien verwenden die gleiche Polymermatrix, was den Grenzflächenwiderstand verringert und die Gesamteffizienz steigert.
Membran- und Separatorentechnologie ist entscheidend für die Batteriesicherheit. Das Fraunhofer IAP hat stabile Separatoren mit einstellbarer Porenstruktur entwickelt und konzentriert sich auf umweltfreundliche Lösungen ohne PFAS. Dr. Murat Tutus, Leiter der Abteilung Membranen und Separatoren, erläutert: „Unsere Materialien können in bestehende Produktionsprozesse integriert werden und tragen gleichzeitig zur Verbesserung der Stabilität und Zyklenleistung der Batterie bei.“
Das Institut nutzt auch nachwachsende Rohstoffe wie Zellulose und Lignin zur Herstellung biobasierter Kohlenstoffmaterialien für die Elektrodenfertigung. Diese Materialien ermöglichen eine maßgeschneiderte Porenstruktur und Leitfähigkeit, ersetzen fossile Rohstoffe und optimieren die Elektrodenleistung. Im Bereich der Katalysatoren reduziert das Team den Einsatz kritischer Elemente und gewährleistet gleichzeitig hohe Aktivität und Stabilität. Dr. Christoph Gimmler, Leiter der Abteilung Nanoskalige Energie- und Strukturmaterialien, betont: „Der Schlüssel liegt darin, dass wir Struktur und Oberfläche präzise einstellen können. Dies führt zu Materialien mit definierten Eigenschaften, die skalierbar sind und zuverlässig in industrielle Fertigungsprozesse integriert werden können.“
Derzeit befinden sich die neuen Batteriematerialien in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium. Labormuster sind verfügbar und erste Tests laufen. Durch die Zusammenarbeit in der Arbeitsgruppe Energiespeicher und Anwendungsmaterialentwicklung (AK-MEA) und auf Messen wie der InterBattery arbeitet das Institut mit Industriepartnern an der Skalierung der Produktion. Dies treibt die Batterietechnologie in Richtung mehr Sicherheit, Haltbarkeit und Nachhaltigkeit und verkürzt die Markteinführungszeiten.
