Geschichte von POLiS

Synergien der Karlsruher und Ulmer Batterieforschung

Die Zusammenarbeit zwischen der Universität Ulm und der Universität Karlsruhe reicht bis in die 1980er Jahre zurück, wo mehrere Forschungsgruppen an verschiedenen Aspekten der Elektrochemie arbeiteten. Mehr als 20 Jahre später verfolgte Deutschland das Ziel, international eine bedeutende Rolle in der Forschung und Entwicklung moderner Batterien zu spielen, und die Elektrochemie - ein Thema, das lange Zeit ruhte - erlangte wieder große Aufmerksamkeit.

Motiviert durch diese Umstände traf sich im Frühjahr 2010 eine Gruppe von Wissenschaftlern aus Ulm und Karlsruhe unter der Leitung von Horst Hahn vom Institut für Nanotechnologie des KIT in der landschaftlich reizvollen Reisensburg, um Struktur und Inhalt einer neuen, gemeinsamen Arbeit auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicherung zu diskutieren. Im September 2010 wurde ein Antrag an die Helmholtz-Gemeinschaft deutscher Forschungszentren gestellt, der die Gründung eines neuen Instituts zum Ziel hatte. Dieser wurde von einer internationalen Gutachterkommission bewertet und im November 2010 bewilligt.

Bereits im Januar 2011 wurde das Helmholtz-Institut Ulm für Elektrochemische Energiespeicherung (HIU) gegründet. Das Institut wird vom KIT als juristische Person getragen, mit der Universität Ulm als Partner und dem ZSW Ulm und dem DLR als assoziierte Partner. In den folgenden Jahren hat das HIU die Zusammenarbeit zwischen den Partnern aktiv vorangetrieben und gestärkt sowie Forscher aus aller Welt angezogen, die auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicherung an vorderster Front mitarbeiten wollten.

Aufbauend auf der erfolgreichen Arbeit und Zusammenarbeit innerhalb des HIU wurde im Frühjahr 2016 ein erster Vorschlag für einen gemeinsamen Antrag an die Gremien von KIT und Universität Ulm geschickt, mit dem Ziel, sich an der neuen deutschen Exzellenzstrategie zu beteiligen und einen Exzellenzcluster zum Thema "Energiespeicherung jenseits von Lithium" zu beantragen. Die Idee wurde ausgewählt und im Februar 2017 als einer der ersten Stufenanträge eingereicht. Neben KIT und UUlm waren auch das ZSW Ulm und die Justus-Liebig-Universität in Gießen Partner im Konsortium. Der gemeinsame Antrag wurde im September 2017 von den Gutachtern der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) bewilligt und wir sind als einziges rein batteriebezogenes Konsortium in die zweite Stufe vorgedrungen.

In den folgenden Monaten galt es, die Hauptstruktur der Arbeit aufzubauen, Ziele und Ansprüche mit Leben zu füllen und im Februar 2018 die endgültige Version von rund 200 Seiten einzureichen. Bereits im April 2018, wurde das Konsortium eingeladen, den Antrag vor 20 von der DFG ausgewählten internationalen Gutachtern zu verteidigen. Unser Antrag und unsere Präsentation konnten die Gutachterinnen und Gutachter überzeugen, so dass die Aktivität zu denjenigen gehörte, die in der Endrunde auf "grün" gesetzt wurden. Die endgültige Entscheidung fiel am 28. September 2018 und der Exzellenzcluster Post-Lithium-Speicherung (POLiS) wurde unter 58 weiteren Anträgen in Deutschland ausgewählt, um ab dem 1. Januar 2019 etwa 100 Forscherinnen und Forscher über 7 Jahre zu fördern.

Seither erforscht der Exzellenzcluster POLiS (Post-Lithium Storage) neue Batteriematerialien und Technologiekonzepte für eine leistungsfähige und nachhaltige Speicherung elektrischer Energie. Ziel ist es, Elektrodenmaterialien und Elektrolyte zu entwickeln, die nachhaltige Systeme auf der Basis von Natrium-, Magnesium-, Aluminium-, Kalzium- und Chlor-Ionen ermöglichen. Von den vier neuen Batterietypen, die derzeit Gegenstand internationaler Forschung sind und auf der Verwendung von Magnesium, Natrium, Chlorid oder Fluorid als Ladungsträger basieren, wurden zwei (Chlorid-Ionen- und Fluorid-Ionen-Batterie) erstmals vom Helmholtz Institut Ulm (HIU) vorgestellt. HIU hat den derzeit besten Elektrolyten für eine Magnesiumbatterie entwickelt, der auch den Bau der ersten reversibel arbeitenden Magnesium-Schwefel-Zellen mit verlängerten Zyklen ermöglicht hat. Mit Ausnahme der Natrium-Ionen-Batterie haben alle diese Systeme das Potenzial, deutlich höhere Energiespeicherdichten zu erreichen als die heutigen Lithium-Ionen-Batterien. Das HIU hat auf diesen neuen Forschungsfeldern eine Vorreiterrolle gespielt.

POLiS ist zudem in das 2018 von KIT, Universität Ulm und ZSW gegründete Center for Electrochemical Energy Storage Ulm und Karlsruhe (CELEST) eingebettet. CELEST forscht in allen Bereichen der elektrochemischen Energiespeicherung und deckt von der Grundlagenforschung bis zum Technologietransfer die gesamte Forschungs- und Entwicklungskette ab. Mit 31 Instituten und 46 Arbeitsgruppen seiner drei Partner stellt CELEST eine der weltweit größten Forschungsplattformen zu dieser Thematik dar.