Lithium und Kobalt sind kostbare Rohstoffe. Sie bilden die Basis von Lithium-Ionen-Akkus, die nicht nur Mobiltelefone und Laptops mit Strom versorgen, sondern auch immer mehr Elektrofahrzeuge mit Energie speisen. Während die Nachfrage nach leistungsstarken Energiespeichern steigt, nehmen die Rohstoffvorkommen jedoch stetig ab. Hinzu kommen geopolitische Unsicherheiten: Beispielsweise findet man die mit Abstand größten Vorkommen von Kobalt im Kongo – einem von Bürgerkriegen geprägten Land, in dem der Rohstoff teilweise noch immer unter menschenunwürdigen Bedingungen abgebaut wird.

„Es ist an uns Forschern, bereits heute Lösungen für die Herausforderungen der Zukunft zu erarbeiten“, so Professor Maximilian Fichtner, Direktor von CELEST und stellvertretender Direktor des Helmholtz-Instituts in Ulm (HIU), das am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) initiiert wurde.

Um die Zusammenarbeit zu stärken und gemeinsame Forschungsaktivitäten zu verstetigen, haben die Universität Ulm und das Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg (ZSW) gemeinsam mit dem KIT im Januar 2018 mit CELEST die größte deutsche Forschungs- und Entwicklungsplattform für Energiespeichersysteme gegründet. Die Abkürzung steht für Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe.

Der Fokus von CELEST liegt auf drei Themenfeldern: Lithium-Ionen-Technologie, Energiespeicherung jenseits von Lithium und alternative Techniken zur elektrochemischen Energiespeicherung, etwa Brennstoffzellen oder Redox-Flow-Batterien. „Uns war es wichtig, spezifische Kompetenzen zu bündeln, ohne thematisch zu sehr eingeengt zu sein. Dies ermöglicht es uns, bestehende Technologien wie die Lithium-Ionen-Batterie weiterzuentwickeln, aber gleichzeitig über den Tellerrand zu blicken und mit alternativen Rohstoffen zu forschen“, erklärt Professor Helmut Ehrenberg. Er leitet das Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme (IAM-ESS) am KIT und ist als stellvertretender Direktor von CELEST tätig.

Ehrenberg betont außerdem: „Mit CELEST schenken wir der Batterieforschung endlich die Aufmerksamkeit, die gesellschaftlich gefordert wird. Hier können Technologien im Gesamtkontext getestet werden, statt nur einzelne Komponenten und Prozesse zu betrachten.“

Aktuell forschen die CELEST-Mitglieder unter anderem an Magnesium- und Natrium-Ionen-Batterien. Diese Rohstoffe sind in Europa in größeren Mengen vorhanden, ungiftig und einfach zu recyceln. Verglichen mit Lithium-Ionen-Batterien verfügen sie zwar über eine geringere Energiedichte und sind dadurch bei gleicher Leistung wesentlich schwerer. „Wenn es um stationäre Anwendungen geht, dann ist eine geringe Masse aber auch nicht unbedingt erforderlich. Da zählt eher, dass das Speichermedium langlebig und kostengünstig ist und man einen ökologisch weniger bedenklichen Fußabdruck hinterlässt. Meine Vision ist eine nachhaltige Energietechnologie“, so Ehrenberg.

Auch im Bereich Aus- und Weiterbildung will man bereits heute die Weichen für die Zukunft stellen. So laufen aktuell Planungen für eine gemeinsame Graduiertenschule. Fichtner erklärt: „Wir wollen der Gesellschaft nicht nur technische Neuerungen bereitstellen, sondern auch gut ausgebildetes Personal. Schulungen spielen bei CELEST eine zentrale Rolle, schließlich bilden qualifizierte Nachwuchswissenschaftler die Basis für den Erfolg unserer Forschung.“

„Wirklich erfolgreich sind wir aber erst dann, wenn unsere Forschungsergebnisse auch auf Interesse seitens der Industrie stoßen“, betont Fichtner. Ein Jahr nach dem Start von CELEST fruchtet die gebündelte Forschungsexpertise bereits. Verschiedenste Kooperationspartner stehen mit den Forschern in Kontakt, beispielsweise Materialhersteller oder Mobilitätsdienstleister. Eine wichtige Rolle spielt dabei auch das Batterietechnikum am Campus Nord des KIT – eine Forschungsfabrik, in der Projekte mit hoher Marktnähe umgesetzt werden. Von der Entwicklung neuer Materialien und Zellen bis hin zur Integration in das Gesamtsystem werden hier ganzheitliche Ansätze in Kooperation mit der Wirtschaft verfolgt. Ehrenberg und Fichtner blicken optimistisch in die Zukunft: „Gute Grundlagen sind geschaffen. Jetzt liegt es an uns, etwas daraus zu machen.“

„Trotz der räumlichen Distanz ist es ein riesiger Vorteil, Partner zu haben, mit denen man sich austauschen kann. Von der Grundlagenforschung bis hin zur Anwendung können wir von der gesammelten Expertise aller CELEST-Mitglieder profitieren.“

Bilder v.o.n.u.: Stocksnapper / Shutterstock, bearbeitet von DER PUNKT | Andreas Drollinger / KIT