Batterien ohne kritische Rohstoffe entwickeln
Je mehr Strom aus Erneuerbaren Energien gewonnen wird, desto dringlicher stellt sich die Frage nach der Speicherung dieser elektrischen Energie. Eine Lösung sind Batteriespeicher. Neue Entwicklungen können auf kritische Rohstoffe wie Kobalt oder Nickel verzichten oder kommen sogar ohne Lithium aus.
Die Weiterentwicklung kostengünstiger und sicherer Stromspeicher, etwa für Elektrofahrzeuge, Heim- oder Großspeicheranlagen, ist ein zentrales Element der Energiewende. Am HZB-Institut für elektrochemische Energiespeicherung entwickelt ein großes Team um Professor Yan Lu und Dr. Sebastian Risse neuartige Lithium-Schwefel-Batterien, eine der interessantesten Batterietechnologien der nächsten Generation. „Lithium-Schwefel-Batterien kommen nicht nur ohne kritische Metalle wie Kobalt und Nickel aus, sie können sogar deutlich mehr Energie pro Gewicht speichern als moderne Lithium-Ionen-Batterien“, erklärt Risse. Damit sind solche Batterien für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt attraktiv, könnten aber auch in der Robotik oder in Elektrofahrzeugen mit großer Reichweite eingesetzt werden.
Lithium ist aufgrund seines geringen Atomgewichts zwar ideal, um besonders leichte Batterien zu bauen. Aber für viele Anwendungen ist das Gewicht der Batterie allein nicht entscheidend. Hier ließe sich auch Natrium nutzen, ein Element, das überall reichlich zur Verfügung steht. Einer der führenden Experten auf diesem Feld ist Professor Philipp Adelhelm, der am HZB eine gemeinsame Forschungsgruppe mit der Humboldt-Universität leitet. Erst vor kurzem konnte er zeigen, wie ein neuartiger Speichermodus in Natrium-Ionen-Batterien die Ladezeiten verkürzen könnte. Im Sommer 2025 erhielt er für seine Forschung vom Regierenden Bürgermeister den Berliner Wissenschaftspreis verliehen.
An der Röntgenquelle BESSY II, die das HZB in Adlershof betreibt, lassen sich die elektrochemischen Prozesse im Inneren von Batterien verfolgen, die beim Auf- und Entladen ablaufen. BESSY II bietet eine Vielzahl von Methoden an, um tiefere Einblicke zu gewinnen. Insbesondere wollen Forschende herausfinden, welche Prozesse dazu führen, dass Batterien im Lauf der Ladezyklen stetig an Kapazität verlieren. Die Ergebnisse helfen dabei, das Design von Batterien gezielt zu verbessern, zum Beispiel um längere Lebensdauern zu erreichen.
