POLiS schärft Forschungsprofil

In einer zweitägigen digitalen Klausurtagung mit 140 POLiS-Forschenden aus Ulm, Karlsruhe und Gießen wurden neue Projekte und eine aktualisierte Zukunftsstrategie vorgestellt. Der Vorstand verkündete, dass das Forschungsprogramm des Exzellenz-Antrages weiterentwickelt werde und die neugeschaffenen Strukturen und Prozesse ab 2022 angewendet würden. Das Ziel dahinter, die organisatorischen Strukturen zu öffnen, sei, neue Forschungsideen, Impulse und Kooperationen einfacher zu ermöglichen und Schübe für die Forschungsarbeiten zu provozieren. Teil der Strategie ist auch das neu einberufene Advisory Board, das sich aus neun internationalen, hoch anerkannten Expert*innen aus Wissenschaft und Industrie zusammensetzt und den Vorstand berät.

Der Cluster nutzt hauptsächlich zwei Instrumente, um neue Ideen und Köpfe einzubinden. Der Vorstand fördert jährlich neue Post-Lithium-Projekte über die Board‘s Reserve. 12 Projekte wurden auf diese Weise bislang in den Cluster integriert. Zusätzlich hat der Vorstand das POLiS Junior Research Group Application Program (JuRaGAP) ins Leben gerufen, Nachwuchswissenschaftler*innen die Möglichkeit, eine drittmittelfinanzierte Nachwuchsgruppe im Cluster einzuwerben und aufzubauen. Die ersten beiden ausgewählten Nachwuchswissenschaftler Dr. Matthias Neumann und Dr. David Rehnlund stellten in der Klausurtagung ihre Forschungsvorhaben vor.

Matthias Neumann ist Post-Doc am Institut für Stochastik der Universität Ulm, wo er 2021 mit dem Promotionspreis der Ulmer Universitätsgesellschaft ausgezeichnet wurde. Sein Projekt konzentriert sich auf virtuelle Materialtests für Post-Lithium-Batterien durch datengesteuerte stochastische 3D-Mikrostrukturmodellierung. Er verwendet einen Ansatz zur virtuellen Materialprüfung, um Prozess-Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen für Post-Lithium-Batterien zu untersuchen. Durch datengetriebene Modellierung und Simulation sollen Empfehlungen für einen verbesserten Herstellungsprozess von Elektrodenmaterialien gegeben werden. Im Projekt werden multiskalige stochastische Mikrostrukturmodelle auf Basis von 3D-Bilddaten entwickelt, um digitale Zwillinge von Elektrodenmaterialien zu erzeugen. Um die Datenmenge zu vergrößern, zielt das Projekt auf die Vorhersage der 3D-Mikrostruktur aus 2D-Querschnitten ab. Schließlich werden die entwickelten stochastischen 3D-Mikrostrukturmodelle verwendet, um eine große Datenbank mit virtuellen, aber realistischen Mikrostrukturen zu generieren, um die Mikrostruktur-Eigenschafts-Beziehungen für Post-Lithium-Batterien effizient zu quantifizieren.

David Rehnlund promovierte 2015 in anorganischer Chemie an der Universität Uppsala. Im Jahr 2018 wechselte er zur mikrobiellen Bioelektrochemie am KIT, wo er nun an der Kopplung von elektroaktiven Bakterien mit leitfähigen Nanostrukturen arbeitet. Während seiner Zeit am KIT entwickelte er eine tiefe Faszination für die technologischen Vorteile der Nutzung von Mikroorganismen, was zu der neuen Forschungsidee "Mikrobielle Batterien" führte. Im interdisziplinären Projekt SusBatt soll eine reversible Biobatterie entwickelt werden, die Mikroorganismen als Energiespeicher nutzt. In dieser mikrobiellen Batterie nehmen Bakterien elektrische Energie aus regenerativen Quellen auf, speichern sie in intrazellulären Polymeren und geben sie bei Bedarf wieder ab. Es gibt zwar Mikroorganismen mit der natürlichen Fähigkeit, Energie reversibel zu speichern, aber diese sind typischerweise nicht elektroaktiv. Im Projekt werden daher die notwendigen bioelektrochemischen Werkzeuge und Technologien entwickelt, um die Organismen elektrisch zu verbinden und im Elektrolyten aufzuladen. Spezialisierte Bioreaktoren, die für die reversible mikrobielle Energiespeicherung ausgelegt sind, werden ebenfalls entwickelt und implementiert, um festzustellen, ob die intrazelluläre mikrobielle Energiespeicherung eine praktikable neue Biotechnologie ist.