Risikoarm und nachhaltig: Jenaer Forscher beschäftigen sich mit neuen Batterieformen

Jena  Organische Stromspeicher sind ein noch neues Thema. In Jena treffen sich die Elite-Forscher aus aller Welt zur Tagung.

Hier ein Prototyp einer ultradünnen und extrem flexiblen Organischen Batterie – solche Energiespeicher auf der Basis von Polymeren sind risikoarm und nachhaltig, da sie keine umweltschädlichen oder selten vorkommenden Metalle und metallische Verbindungen in den Elektroden enthalten. Solche Energiespeicher lassen sich auf dünne Folien drucken und eröffnen so ganz neue Anwendungsmöglichkeiten. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Hier ein Prototyp einer ultradünnen und extrem flexiblen Organischen Batterie – solche Energiespeicher auf der Basis von Polymeren sind risikoarm und nachhaltig, da sie keine umweltschädlichen oder selten vorkommenden Metalle und metallische Verbindungen in den Elektroden enthalten. Solche Energiespeicher lassen sich auf dünne Folien drucken und eröffnen so ganz neue Anwendungsmöglichkeiten. Foto: Jan-Peter Kasper/FSU

Foto: zgt

Kobalt, Nickel, Kupfer Aluminium und Lithium – ohne diese Metalle, die zur Herstellung von Lithium-Batterien verwendet werden, funktioniert kein Mobiltelefon, kein Tablet, kein Elektroauto. Der Bedarf an leistungsfähigen Stromspeichern wächst und wächst – doch die Ressourcen dieser Stoffe sind endlich. Ihre Gewinnung zudem problematisch. Lithium wird zum Beispiel in Handarbeit aus Salzseen in Bolivien abgebaut, in Chile werden dafür Grundwasservorräte angezapft, in den Kobalt-Minen im Kongo ist Kinderarbeit keine Seltenheit. Und eine Gefahr für die Gesundheit von Menschen, Pflanzen und Tieren geht von den Schwermetallen auch aus.

Für Ulrich Schubert, Professor für Organische und Makromolekulare Chemie an der Universität Jena, sind das alles gute Gründe, nach Alternativen für die Metalle bei der Batterieherstellung zu suchen. Für Montag, 3. Juni, bis Mittwoch, 5. Juni, hat Schubert dazu Kollegen aus aller Welt nach Jena eingeladen, um sich darüber auszutauschen.

Sie haben zu den „Organic Battery Days“ eingeladen. Worum geht es?

Die Thematik der organischen oder Polymer-Batterien ist noch relativ jung. Es ist erst die dritte internationale Tagung, die wir dazu durchführen. Zu unserer Tagung erwarten wir die Crème de la Crème des Faches, die Elite der Forscher, die sich mit neuen Batterien beschäftigen – aus China, Japan, Frankreich, den USA. Unter den Vortragenden ist auch Professor Hiroyuki Nishide von der Waseda-Universität in Tokio, der als Begründer dieser Technologie einen regelrechten Boom zur Erforschung organischer Batterien ausgelöst hat. Doch auch Jena ist einer der wichtigsten Spieler in dieser Liga. Das zeigt auch, dass wir, das Zentrum für Energie und Umweltchemie (Center for Energy and Environmental Chemistry Jena, CEEC), mit der Organisation der Tagung betraut wurden. Wir erwarten 140 Teilnehmer, wir mussten aus Platzgründen die Anzahl limitieren und werden auch Vorträge per Video übertragen.

Sie werden sich über den aktuellen Forschungsstand austauschen?

Ja, es wird ein Erfahrungsaustausch sein, woran die einzelnen Gruppen arbeiten und welche Probleme sie schon gelöst haben. Aber mehr noch: Wir werden erste Anwendungen von polymeren Batterien vorstellen können und darüber diskutieren. Evonik, eine deutsche Spezialchemie-Firma, hat die Rechte und Erfindungen dazu aus Jena gekauft und wird Produkte der ersten Generation vorstellen. Batterien, die in Solarzellen eingebaut werden können, oder solche, die an Verpackungen die Haltbarkeit ihres Inhalts überwachen.

Was ist das Neue, Besondere an diesen Batterien?

Es geht darum, die bei herkömmlichen Elektroden der Batterien verwendeten Metalle durch Polymere, also Kunststoffe, oder andere organische Substanzen zu ersetzen. Kobalt müsste nicht mehr in Minen abgebaut werden, Aluminium nicht energieaufwendig hergestellt werden, und andere Ressourcen könnten gespart werden. Nichtmetallische Batterien haben zudem den Vorteil, dass sie sich durch Drucktechniken wie Sieb- oder Tintenstrahldruck verarbeiten lassen. So können dünne, flächige und flexible Speicherzellen in großer Stückzahl produziert werden.

Wird das Elektroauto also künftig den Strom auf einer dünnen Folie speichern?

Nun ja, in Autobatterien wird es keinen 1:1-Ersatz durch organische Batterien geben. Aber man wird neue Batterieformen suchen und finden und damit ganz neue Anwendungsgebiete. Denkbar sind Batterien, die in die Kleidung eingearbeitet werden und so Körperfunktionen wie den Puls kontrollieren können. Oder Pflaster, die bei Patienten die Temperatur messen.

Wie lange beschäftigen Sie sich in Jena schon mit dem Thema?

Wir haben 2011 damit begonnen. Zuerst haben wir an Dünnfilm-Speichern gearbeitet, dann an Redox-Flow-Batterien, bei der kohlenstoffbasierte organische Materialien in Wassertanks als Speichermedium für die von Solaranlagen oder Windrädern erzeugte Energie fungieren. Bei den Dünnfilm- und gedruckten Batterien beschäftigen sich die Forscher derzeit mit der zweiten, dritten oder vierten Generation von Produkten, in der Anwendung sind wir bei der ersten Generation. Deshalb ist es auch so wichtig, dass die Industrie erfährt, wie weit die Forschung bereits ist. Ingenieure und Designer müssen endlich loslegen, neue Batterieformen zu entwickeln und effektive Herstellungsverfahren zu finden.

Die Spitzenforschung zum Thema in Jena soll forciert werden – mit Mitteln der Forschungsgemeinschaft. Was heißt das?

Die DFG hat gerade das Schwerpunktprogramm „Polymer-basierte Batterien“ als förderwürdig eingestuft. Für sechs Jahre wird es dafür mehr als zwölf Millionen Euro geben. Die Organic Battery Days fungieren dabei als Kick-off-Veranstaltung für das Schwerpunktprogramm, in dessen Koordinationsteam neben Jena die Universitäten in Bochum, Dresden, Freiburg und Karlsruhe beteiligt sind. Bis September können die Partner Projektanträge stellen, im Dezember werden diese begutachtet, ab Januar könnte es dann los gehen. Aus unserem CEEC werden bestimmt mehrere Anträge vorgelegt. Und ich hoffe, dass wir auch für drei, vier Projekte den Zuschlag bekommen. Die Kompetenz haben wir.

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