Was kommt nach der Lithium-Ionen-Batterie? Wie l盲sst sich Sonnenenergie chemisch speichern? Und wie gelingt eine massentaugliche Fertigung von Brennstoffzellen? Auf dem Green Energy Campus Ulm gehen Forschende diesen Fragen mit viel Neugier nach 鈥� und entwickeln neue Technologien f眉r die Energiespeicherung und -wandlung.
Auf dem Green Energy Campus Ulm arbeiten die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm, das Helmholtz-Institut Ulm (HIU), das Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W眉rttemberg (ZSW) und die Technische Hochschule Ulm (THU) mit Unternehmen aus der Region zusammen. Das Ziel: leistungsstarke, sichere und nachhaltige Speichersysteme f眉r die Energiewende und die Mobilit盲t der Zukunft.
Die Ulmer Wissenschaftsstadt gilt als weltweit f眉hrendes Zentrum im Bereich Energieforschung. Unser Ziel ist es, die gro脽en Zukunftsthemen zu erforschen und die Gesellschaft voranzubringen.
Prof. Birgit Esser
Institut f眉r Organische Chemie II und Neue Materialien
Das Leichtmetall Lithium gilt als 鈥濿ei脽es Gold鈥�. In Lithium-Ionen-Akkus sorgt es f眉r eine hohe Energiedichte und bietet damit hohe Spannungen bei niedrigem Gewicht und geringer Dichte. Doch die explodierende Nachfrage bringt teils gravierende 枚kologische, 枚konomische und politische Probleme und Unw盲gbarkeiten mit sich. Deshalb suchen Forschende auf dem Green Energy Campus Ulm mit viel Leidenschaft nach Alternativen.
International sichtbares Flaggschiff des Green Energy Campus Ulms ist POLiS, der bundesweit einzige Exzellenzcluster zur Batterieforschung. Die Abk眉rzung steht f眉r 鈥淧ost Lithium Storage Cluster of Excellence鈥�. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts f眉r Technologie und der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm forschen bei POLiS gemeinsam zu innovativen Batteriematerialien und Speichertechnologien.
Der Exzellenzcluster wurde 2018 bewilligt und f眉r sieben Jahre mit 47 Millionen Euro ausgestattet. 2025 werden DFG und Wissenschaftsrat entscheiden, ob der Exzellenzcluster um weitere sieben Jahre verl盲ngert wird. Assoziierte Partner sind das Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W眉rttemberg (ZSW) und die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Gie脽en.
Ziel unseres Clusters ist es, umweltfreundliche, sichere und leistungsstarke Speichermaterialien zu entwickeln, die m枚glichst ohne problematische Substanzen wie Lithium und Kobalt auskommen. Stattdessen sollen Batterieelektroden auf der Basis von Natrium, Kalium, Calcium beziehungsweise Magnesium realisiert und evaluiert werden.
Die Herausforderung besteht darin, die Nachteile, die bislang mit solchen lithiumfreien Systemen verbunden sind, mit Hilfe innovativer Ans盲tze auszur盲umen. Dazu geh枚ren die niedrige Mobilit盲t der Ionen, die schnelle Alterung und die unzureichende Reversibilit盲t von Lade- und Entladeprozessen. Nur so k枚nnen wir unsere Vision realisieren.
Ein hei脽er Kandidat unter den Batterien der n盲chsten Generation sind Speichersysteme aus organischen Elektrodenmaterialien (OEM). Die kommen ganz ohne Metalle aus, was auch ein 枚konomischer Vorteil ist. Schlie脽lich sollte die Batterie der Zukunft nicht nur sicher, stark und umweltfreundlich sein, sondern auch bezahlbar.
Trotz all der Bem眉hungen um Alternativen bleibt die Lithium-Ionen-Batterie eine 盲u脽erst vielversprechende Technologie. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von POLiS arbeiten deshalb parallel an der Optimierung und Verfeinerung lithiumbasierter Speichersysteme und an neuen Konzepten f眉r das Batterie-Recycling.
Auf dem Green Energy Campus haben sich Chemikerinnen und Chemiker der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟en Ulm und Jena von der Photosynthese inspirieren lassen. Sie arbeiten an Techniken, um Sonnenlicht in chemische Energie umzuwandeln: im Transregio-Sonderforschungsbereich (SFB) 234 CataLight 鈥濴ichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien 鈥� Synthese und mechanistische Studien鈥�. Der SFB wird seit 2018 von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gef枚rdert Rund zehn Millionen Euro gab es f眉r diese erste F枚rderrunde.
Bei CataLight entwickeln die Forschenden nachhaltige Verfahren f眉r die lichtgetriebene Wasserspaltung 鈥� zur Gewinnung von gr眉nem Wasserstoff. Die DFG hat den SFB 234 CataLight, der seit 2018 gef枚rdert wird, im Sommer 2022 verl盲ngert und daf眉r weitere zw枚lf Millionen Euro bewilligt. Der Sonderforschungsbereich befasst sich mit der Optimierung von photokatalytischen Materialien und Methoden, um auf dieser Grundlage chemische Solarenergiewandler zu entwickeln.
鈥濿asserstoff spielt eine Schl眉sselrolle in der lichtgetriebenen Wasserspaltung, denn er ist ein hervorragender Energiespeicher鈥�, erkl盲rt Professor Sven Rau. Der Leiter des Instituts f眉r Anorganische Chemie I an der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm ist Co-Sprecher des SFB 234 CataLight.
鈥濱n der Natur sind lichtgetriebene Prozesse wie die Photosynthese immer in hierarchisch strukturierten Umgebungen eingebettet, die dynamisch und anpassungsf盲hig sind鈥�, erl盲utert der Chemiker. Solche biologischen Architekturen, wie sie in den photosyntheseaktiven Zellorganellen der Pflanze zu finden sind, wollen die Forscherinnen und Forscher konzeptionell mit sogenannten 鈥淪oft Matter-Materialien鈥� nachbilden. Dazu geh枚ren zum Beispiel biomimetische Lipiddoppelschichten.
In der ersten Fo虉rderperiode ist es 鈥淐ataLight鈥� bereits gelungen, einen molekularen Mechanismus fu虉r die Selbstreparatur von Photokatalysatoren zu entwickeln.
Neben den federfu虉hrenden Universita虉ten Jena und Ulm tragen die Uni Wien sowie das Max-Planck-Institut fu虉r Polymerforschung in Mainz und das Leibniz-Institut fu虉r Photonische Technologien e.V. zum SFB 234 bei. Neu hinzugekommen ist als Partner das Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW). Zusammen erkunden wir mehrere Wege zur Gewinnung von gr眉nem Wasserstoff.
"Dass wir mit unserer Forschung einen wichtigen Beitrag zu einer effizienten und nachhaltigen Energieversorgung leisten, motiviert uns enorm."
Prof. Axel Gro脽
Institut f眉r Theoretische Chemie
"An neuen Energiespeichern auf der Basis vertr盲glicher Rohstoffe zu arbeiten, ist eine besondere Motivation f眉r mein Team und f眉r mich.鈥�
Prof. Maximilian Fichtner
Helmholtz-Institut Ulm
"Gr眉ne Energieerzeugung und nachhaltige Energiespeicherung sind unsere Strategien f眉r eine nachhaltige Zukunft."
Dr. Montaha Anjass
Institut f眉r Anorganische Chemie I
"Mit unserer Forschung an Wasserstoff und Kohlendioxid haben wir die Chance, v枚llig neue Wege zu gehen."
Prof. Robert G眉ttel
Institut f眉r Chemieingenieurwesen
Exzellente Forschung braucht starke Partner. Die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm kooperiert auf dem Green Energy Campus Ulm deshalb eng mit dem Helmholtz-Institut Ulm (HIU) und dem Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-W眉rttemberg (ZSW) sowie mit ausgew盲hlten Unternehmen in der Wissenschaftsstadt.
Von der Grundlagenforschung bis zur Produktion 鈥� hier ist ein einzigartiges 脰kosystem mit einer entsprechenden Wertsch枚pfungskette aufgebaut worden. Dank dieser erstklassigen Kooperationen gehen die einzelnen Innovationsschritte Hand in Hand.
Am Helmholtz-Institut Ulm f眉r elektrochemische Energiespeicherung (HIU) entwickeln und testen internationale Forschergruppen innovative Batteriematerialen und neue Speichertechnologien. Das HIU wurde vom Karlsruher Institut f眉r Technologie (KIT) als Mitglied der Helmholtz-Gemeinschaft und der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm sowie den assoziierten Partnern Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) und Deutsches Zentrum f眉r Luft- und Raumfahrt (DLR) gegr眉ndet.
2011 wurde das HIU feierlich er枚ffnet. Heute z盲hlt es zu den bundesweit f眉hrenden Forschungseinrichtungen auf dem Gebiet der Energiespeicherung und genie脽t auch international gro脽es Ansehen.
Das ZSW, das 1988 mit Sitz in Stuttgart und Ulm gegr眉ndet wurde, ist eine gemeinn眉tzige Stiftung. Ihr Fokus liegt darauf, Erkenntnisse aus der Grundlagenforschung beschleunigt in vermarktungsf盲hige Anwendungstechnik umzusetzen. Au脽erdem sollen Erkenntnisse an die Wirtschaft transferiert werden. Beides betrifft vor allem das Gebiet der erneuerbaren Energien und der Energiewandlung.
Herausragender Br眉ckenkopf des ZSW f眉r den Technologietransfer ist zum Beispiel die im Mai 2024 eingeweihte 鈥�. Ein anderes Highlight ist die Die Forschungsfabrik umfasst zum einen das 2022 in Betrieb genommene Testzentrum f眉r Brennstoffzellen, das europaweit gr枚脽te in der Klasse bis 250 Kilowatt. Zum anderen geh枚rt dazu auch eine Montagehalle f眉r die roboterunterst眉tzte, automatisierte Stapelung von Brennstoffzellen-Stacks. Sie geht Ende 2024 an den Start.
Gemeinsam m枚chten wir auf dem Green Energy Campus Ulm die Weichen f眉r eine nachhaltige Zukunft stellen. Dabei ist die campus-weite Vernetzung essenziell. Wie gut das klappt, zeigen besonders die Energiespeicherforschungsplattform CELEST und das Zentrum f眉r Energieforschung und -technologie (ZET).
W盲hrend CELEST die wissenschaftliche Zusammenarbeit internationaler Akteure f枚rdert, finden im ZET Wissenschaft und Industrie zusammen. Wie immer auf dem Green Energy Campus Ulm gilt: Auf h枚chstem Niveau!
Eine der gr枚脽ten und weltweit ambitioniertesten Plattformen auf dem Gebiet der elektrochemischen Energiespeicherung ist CELEST. Das einzigartige Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe 鈥� gegr眉ndet 2018 vom KIT, der Uni Ulm und dem ZSW 鈥� vernetzt die wichtigsten internationalen Akteure in der wissenschaftlichen Zusammenarbeit f眉r die Batterie- und Brennstoffzellenentwicklung. Das Spektrum reicht dabei von der elektrochemischen Grundlagenforschung bis in die gro脽technische Zellfertigung, von der experimentellen Materialsynthese 眉ber die Computermodellierung bis zur Batterie- und Brennstoffzellenpr眉fung. Beteiligt sind aktuell 55 Mitglieder aus 眉ber 30 Instituten an den beiden Standorten Ulm und Karlsruhe. Den Forschenden von CELEST ist es 2018 gelungen, mit POLiS den ersten und bislang einzigen Exzellenzcluster in der Batterieforschung einzuwerben. Das Netzwerk CELEST koordiniert au脽erdem gemeinsame wissenschaftliche Aktivit盲ten mit Forschungseinrichtungen und Unternehmen im In- und Ausland und f枚rdert den Technologietransfer in der Region und dar眉ber hinaus.
In diesem Zentrum beforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler von Uni Ulm, Technischer Hochschule Ulm (THU) und dem Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung (ZSW) seit 2018 gemeinsam Energiethemen.
Dabei geht es vor allem um verschiedene Perspektiven: von intelligenten Stromnetzen bis zum synthetischen Kraftstoff, von den Grundlagen bis zur Anwendung. Im ZET erg盲nzen sich die drei beteiligten Einrichtungen.
Am Institut f眉r Chemieingenieurwesen der 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm geht es um die Frage, wie synthetische Treibstoffe aus regenerativen Energiequellen nachhaltig gewonnen werden k枚nnen. Die Forschenden der THU befassen sich unter anderem mit Smart Grids, also intelligenten Stromnetzen. Das ZSW sorgt f眉r den Br眉ckenschlag in die Industrie.
Der Green Energy Campus Ulm ist mit modernster Forschungsinfrastruktur ausgestattet. Besonders herzvorzuheben sind dabei der Supercomputer JUSTUS und das Supermikroskop SALVE. Der Computer ist das Herzst眉ck des bwForCluster f眉r die theoretische Chemie, der sp盲ter um die Quantenwissenschaften erweitert wurde. Beim Supermikroskop wiederum handelt es sich um das weltweit einzige farb- und 枚ffnungsfehler-korrigierte Niederspannungstransmissionselektronenmikroskop. Entwickelt wurde es mit viel Ehrgeiz direkt auf dem Green Energy Campus.
Hochkomplexe Modellierungen, aufw盲ndige Simulationen und umfangreiche Datenanalysen in unfassbaren Ausma脽en 鈥� all das macht der Ulmer Supercomputer JUSTUS m枚glich. Die Landesinitiative f眉r das High Performance Computing st盲rkt neben der theoretischen Chemie inzwischen auch die Batterieforschung.
2014 wurde JUSTUS in Betrieb genommen und 2020 sein Nachfolger JUSTUS 2, der zu dieser Zeit zu den 400 leistungsst盲rksten Supercomputern der Welt geh枚rte. Im Fr眉hjahr 2024 wurde JUSTUS 3 bewilligt, der in den n盲chsten Jahren seinen Vorg盲nger abl枚sen wird.
Eintauchen in die Welt der Atome 鈥� das tun Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Batterieforschung am Ulmer Supermikroskop. Das Besondere: Weil es mit Niederspannung arbeitet, k枚nnen auch strahlempfindliche Materialien untersucht werden 鈥� bis auf die atomare Ebene. So konnten bereits zahlreiche Anoden- und Kathodenmaterialien atomgenau untersucht werden. Die Erkenntnisse helfen dabei, die tats盲chliche Kristallstruktur der Materialien aufzudecken und entsprechende Computermodelle zu verifizieren.
F眉r das Gelingen der Energiewende braucht es Fachkr盲fte 鈥� sowohl mit beruflicher als auch mit akademischer Aus- und Weiterbildung. Der Green Energy Campus Ulm ist das ideale Sprungbrett daf眉r: Hier vermitteln verschiedene Einrichtungen Grundlagen-, Fach- und Spezialwissen zur elektrochemischen Energiespeicherung (EES). Mit viel Leidenschaft und Neugier bringen wir die Energiewende gemeinsam voran!
Die 鲍苍颈惫别谤蝉颈迟盲迟 Ulm stattet junge Menschen durch eine hervorragende Lehre bereits in den Bachelor-厂迟耻诲颈别苍驳盲苍驳别n mit den notwendigen wissenschaftlichen Grundlagen und topaktuellen Erkenntnissen aus. Zudem bietet sie zwei englischsprachige Master-厂迟耻诲颈别苍驳盲苍驳别 mit Bezug zur Energieforschung: Energy Science and Technology und Chemical Engineering. So legen wir gemeinsam die Basis f眉r eine nachhaltige Zukunft.
Die Graduiertenschule 鈥濫lectrochemical Energy Storage鈥� (GS-EES) und das Graduiertenkolleg 鈥濻imulation Mechanisch-Elektrisch-Thermischer Vorg盲nge in Lithium-Ionen- Batterien鈥� (SiMET) richten sich an Promovierende, die sich fachlich in EES-Themen vertiefen wollen. Eingebettet sind die Programme in das Energiespeicherforschungsnetzwerk CELEST. Schauen Sie doch direkt auf die Website!
Auch die Technische Hochschule Ulm (THU) h盲lt ein umfassendes Studienangebot rund um Energiethemen bereit. Ob Bachelor- oder Masterstudiengang, hier werden Sie f眉ndig!
Fachkr盲fte wenden sich an das Weiterbildungszentrum f眉r innovative Energietechnologien (WBZU) der Handwerkskammer Ulm. Hier werden Sie f眉r den Umgang mit Wasserstoff, Brennstoffzellen, Batteriespeicher oder W盲rmepumpen fit gemacht!
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SFB 234 CataLight
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"Zentrum f眉r Energieforschung und -technologie" (ZET)
Bewilligung
"Exzellenzcluster Post Lithium Storage" (POLiS)
Bewilligung
SFB 234 CataLight "Lichtgetriebene molekulare Katalysatoren in hierarchisch strukturierten Materialien - Synthese und mechanische Studien"
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Forschungsplattform "Center for Electrochemical Energy Storage Ulm & Karlsruhe" (CELEST)
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"Helmholtz-Institut f眉r Elektrochemische Energiespeicherung" (HIU)
DFG Forschergruppe
"Elementary Steps in Electrocatalysis: Theory meets Experiment" (FOR 1376)
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"Zentrum f眉r Sonnenenergie- und Wasserstoffforschung Baden-W眉rttemberg" (ZSW)
Bereits seit 2020 gibt es den Podcast 鈥淕eladen鈥�. Er ist ein Gemeinschaftsprojekt des Karlsruher Instituts f眉r Technologie (KIT), des Helmholtz-Instituts Ulm (HIU) und des Exzellenzclusters 鈥淧OLiS鈥�. Im Podcast diskutieren die Hosts Daniel Messling und Patrick von Rosen leidenschaftlich mit renommierten Experten und Expertinnen zu Themen rund um Batterieforschung, Energiewende und Elektromobilit盲t.