Vielversprechende Zukunft der Energiespeicherung: 7 laufende Forschungsprojekte, die Sie kennen sollten

Eine unserer Empfehlungen zur Förderung der Verbreitung von Prosumern unterstreicht die Bedeutung effizienter Energiespeichertechnologien für die Nachhaltigkeit dezentraler Stromnetze und damit für die erneuerbaren Energien.

Um die derzeitige Situation der bestehenden Speichersysteme zu verbessern, müssen einschlägige Studien durchgeführt werden, insbesondere über die Neuerfindung und Modifizierung von Batterie-Energiespeichersystemen (BESS). BESS haben in den letzten Jahren bewiesen, dass sie ideal mit intelligenten Netzsystemen kompatibel sind. 

Für die Zukunft der energetischen Nachhaltigkeit und die EU-Klimaneutralitätsziele bedeutet dies, dass Speicherbatterien aufgrund ihrer Zugänglichkeit und Erschwinglichkeit unantastbar sind. In diesem Beitrag gehen wir auf einige der laufenden Forschungsprojekte zur Energiespeicherung ein:

1. BAT4EVER

Bei kontinuierlichen Lade- und Entladevorgängen kommt es bei Batterien zu Mikroschäden und Materialverlusten. Die einzige Möglichkeit, Batterien trotz dieses Defekts zu erhalten, besteht darin, sie dazu zu bringen, sich selbst zu heilen. Diese Möglichkeit zu schaffen, ist der Schwerpunkt von BAT4EVER.

Das Forschungsprogramm zur Energiespeicherung, das eines der sechs Forschungsprojekte von Battery 2030+ ist, wurde von der Vrije Universiteit Brussel (VUB), Belgien, ins Leben gerufen und wird von ihr koordiniert. Ziel ist es, Ultra-Hochleistungsbatterien zu entwickeln, bahnbrechende Technologien in das europäische Batterie-Ökosystem einzubringen und die zukünftige europäische Führungsrolle auf den aktuellen Märkten und bei neuen Anwendungen zu fördern. 

BAT4EVER Bislang

Das Forschungsprogramm zur Energiespeicherung wurde im September 2020 gestartet und soll im August 2023 abgeschlossen sein. Bislang wurden die folgenden bemerkenswerten Ergebnisse erzielt:

• Ionische Flüssigkeiten wurden erfolgreich in Ionengelen mit Selbstheilungsfähigkeit eingesetzt.
• Kathodenelektroden mit Schalenmaterial sind herstellbar geworden. 
• Polymere für selbstheilende Anoden wurden optimiert, und erste elektrochemische Tests an beliebigen Zellen wurden durchgeführt.

Zum jetzigen Zeitpunkt sind Kathodenelektroden mit Schalenmaterial hergestellt worden und müssen optimiert werden. Die Optimierungs- und Skalierungsprozesse sind noch in Arbeit.

Speicherbatterien, die sich selbst reparieren können, gehören derzeit zu den wichtigsten Anforderungen des Energie-Ökosystems, und diese Möglichkeit hängt vom Erfolg dieser Forschung ab.

2. Batterieschnittstelle Genom-Materialien-Beschleunigungsprogramm (BIG-MAP)

BIG-MAP, ein weiteres Forschungsprojekt zu Batteriespeichern im Rahmen von Battery 2030+, wurde von der Danmarks Tekniske Universitet DTU (Dänemark) initiiert und beaufsichtigt, um innovative Fast-Tracking-Methoden einzuführen und die Entdeckung und Erfindung von Batterien mithilfe künstlicher Intelligenz (KI) zu verbessern. Insgesamt soll die Forschung dazu beitragen, die Produktion von Hochleistungsbatterien um das Zehnfache zu steigern.

Das Hauptziel von BIG-MAP ist die Schaffung eines autonomen, "selbstfahrenden" Labors, das neue und bessere Batterieschnittstellen und -materialien entwickeln und synthetisieren kann.

BIG-MAP Bislang

Zwei Jahre nach Beginn des Forschungsprojekts zur Energiespeicherung wurden die spezifischen Ziele festgelegt, die zur Erreichung dieses Ziels erforderlich sind:

• Entwicklung wissenschaftlicher und technologischer Modelle für eine rasche Entdeckung von Batterien. 
• Durchführung von Initiativen zur Gewährleistung einer guten Nutzung von Projektdaten in der gesamten Wertschöpfungskette der Batterieentdeckung. 
• Kontaktaufnahme mit der Batteriegemeinschaft über die gesamte Batterie-Wertschöpfungskette hinweg, um die Batterieentwicklung in der EU zu beschleunigen.

Zur Verwirklichung des ersten Ziels wurde ein Modell, FullProfApp, entwickelt. Am Ende der Forschungsarbeiten wird der Welt ein innovativer Weg zur Beschleunigung der Verbreitung verbesserter Speicherbatterien zur Verfügung stehen. 

3. HIDDEN

Das dritte Forschungsprojekt zur Energiespeicherung Battery 2030+, HIDDEN, wurde wie BAT4EVER vom Technischen Forschungszentrum VTT in Finnland konzipiert und wird von diesem überwacht, um Selbstheilungsprozesse für Batterien zu entwickeln. 

Darüber hinaus will Hidden herausfinden, inwieweit die Dichte von Li-Ionen-Batterien in Li-Metall-Batterien um 50 % erhöht werden kann. Batterien mit höherer Dichte haben eine längere Laufzeit als Batterien mit geringerer Dichte. Die Folge dieser Ziele ist die Herstellung von kleinen, selbstheilenden Batterien, die eine lange Laufzeit haben.

HIDDEN Bislang

44 % der Kohlenstoffemissionen in Europa werden durch den Verkehr verursacht, 27 % davon durch Autos. Mit Li-Ionen-Batterien in Autos lassen sich diese Emissionen erheblich verringern. Li-Ionen-Batterien leiden jedoch unter Dendritenwachstum, das ihre Lebensdauer beeinträchtigt. HIDDEN zielt darauf ab, dieses Problem zu lösen, indem das Dendritenwachstum mit dem entwickelten Modell reduziert wird. 

4. INSTABAT

INSTABAT ist ein laufendes Forschungsprojekt zur Energiespeicherung, das von der Kommission für Atomenergie und alternative Energien in Frankreich überwacht wird. Es wurde ins Leben gerufen, um Techniken zu entwickeln, die bei der Überwachung von Schlüsselparametern einer Li-Ionen-Batteriezelle helfen und genauere Indikatoren für Ladezustand, Gesundheit, Leistung, Energie und Sicherheit entwickeln.

INSTABAT hofft, dies durch die Entwicklung intelligenter Sensortechnologien und -funktionen zu erreichen, die in eine Batteriezelle eingebettet sind und Parameter wie Temperatur, Wärmestrom, Druck, Dehnung, Lithium-Konzentration und -Verteilung, CO2-Konzentration und -Verteilung, absolute Impedanz und Polarisation messen und melden können. 

Am Ende dieser Forschung werden die Besitzer von Speicherbatterien in der Lage sein, den Zustand ihrer Batterien effektiv zu überwachen, so dass sie die entsprechenden Schritte unternehmen können, um die behebbaren Mängel zu beheben. Darüber hinaus trägt diese Forschung auch dazu bei, die Lebensdauer und Leistung der Batterien zu optimieren, indem sie den Batteriebesitzern hilft, mögliche Batterieausfälle zu verhindern.

5. SENSIBAT

SENSIBAT, das vom Ikerlan Technology Research Centre in Spanien ins Leben gerufen wurde, hat ein gemeinsames Ziel mit INSTABAT. Neben der Entwicklung von Sensortechnologien zur Überwachung des Zustands von Li-Ionen-Batteriezellen zielt die Forschung im Bereich der Energiespeicherung auch darauf ab, die Selbstheilungsfähigkeit von Li-Ionen-Batterien zu erreichen, indem die Wiederverwertbarkeit der Zellen untersucht und Kosten-Nutzen-Analysen für die Batterien mit diesen Überwachungssensoren durchgeführt werden. Ein weiteres wichtiges Ziel der Forschung ist die Integration des entwickelten Sensors in 1Ah und 5Ah Pouch-Batteriezellen.

Die Ergebnisse dieser Forschung werden nicht nur eine genaue Überwachung und Wartung von Akkumulatoren ermöglichen, sondern auch eine Selbstheilungsfähigkeit sowie eine verbesserte Materialfindung. 

SENSIBAT Bislang

SENSIBAT ist es gelungen, Sensoren zu integrieren, die die elektrochemische Leistung von Batteriezellen bewerten.

Darüber hinaus wurde mit der Produktion von Level-One-Sensoren begonnen, die in der ersten Hälfte der Forschungslaufzeit abgeschlossen sein soll.

6. SPARTACUS

SPARTACUS ist die andere Seite der INSTABAT-Münze. Das heißt, es handelt sich um Forschung mit einem globalen Schwerpunkt auf der Verbesserung des Bewusstseins für die Batteriesituation und folglich der Verbesserung der Batteriewartung. Die Methode, die SPARTACUS einbringt, ist jedoch etwas anders. Die Sensoren, die im Rahmen dieser Energiespeicherforschung entwickelt werden, erkennen Degradations- und Ausfallmechanismen kurz vor einem Leistungsverlust. Diese Funktion kann mit dem Signal "Batterie schwach" verglichen werden, das Ihnen Ihre Geräte geben, damit Sie den nächsten notwendigen Schritt unternehmen. 

Was wir von dieser Forschung profitieren werden, sind

• Batterien können mehrere Leben lang laufen. 
• Fortschrittliches Batteriemanagementsystem. 

7. Erschwingliche leistungsstarke grüne REdox-FloW-Batterien (HIGREEW) 

Ziel von HIGREEW ist die Entwicklung und Validierung fortschrittlicher REdox-FloW-Batterien. Die im November 2019 begonnene und vom Centro De Investigacion Cooperativa De Energias Alternativas Fundacion, Cic Energigune Fundazioa, Spanien, begleitete Forschung zielt auf die Entwicklung von Akkumulatoren auf der Grundlage eines neuen wasserlöslichen, kostengünstigen organischen Elektrolyten für hohe Energiedichte und Langlebigkeit ab. 

HIGREEW-Ziele

• Definitionen der Spezifikationen
• Optimierung von Materialien und Komponenten
• Entwurf und Konstruktion von Stapeln
• Prototyp einer Batterie 

Der Erfolg dieser Forschung wird zur Entwicklung umweltverträglicherer Batterien mit höherer Leistung und Energiedichte bei gleichzeitig längerer Lebensdauer führen.

SCHLUSSFOLGERUNG 

Die Forschung ist das Rückgrat der Innovation. Die in diesem Beitrag besprochenen Studien haben trotz ihrer unterschiedlichen Ziele ein gemeinsames Ziel: die Nachhaltigkeit der erneuerbaren Energien. Die Erfolge dieser Studien werden enorme positive Auswirkungen auf die Dekarbonisierungsziele der EU haben.

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