RWTH Aachen erhält 60 Millionen Euro für Erforschung alternder Batterien

Das Zentrum „Center for Ageing, Reliability and Lifetime Prediction of Electrochemical and Power Electronic Systems“ – kurz CARL – wird bis 2020 an der Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule (RWTH) Aachen entstehen. Für die grundlegende Erforschung der Alterung von Batteriematerialien und leistungselektronischen Systemen seien nun vom Wissenschaftsrat knapp 60 Millionen Euro Fördergelder vom Bund und dem Land Nordrhein-Westfalen bewilligt worden, teilte die Hochschule kürzlich mit. Zur interdisziplinären Forschungseinrichtung gehörten Mitarbeiter von zehn Kernprofessuren und rund 20 weiteren Lehrstühlen und Instituten der RWTH Aachen und des Forschungszentrums Jülich. Darunter Wissenschaftler der Disziplinen Chemie, Physik, Mathematik, Informatik oder Materialwissenschaft, Maschinenbau und Elektrotechnik. Im kommenden Jahr solle mit dem Bau von CARL auf dem Campus Melaten in Aachen begonnen. Die Baukosten für das Gebäude betragen rund 43 Millionen Euro, wie es weiter hieß. Für die Großgeräte und die Grundausstattung seien rund 16 Millionen Euro veranschlagt. Mitte 2020 sollen dann die rund 150 Mitarbeiter einziehen.

„Batteriealterung und Lebensdauervorhersage der Leistungselektronik sind Themen, die in Aachen am Institut für Stromrichtertechnik und Elektrische Antriebe (ISEA) schon seit den 1980er Jahren untersucht werden“, sagt ISEA-Leiter Rik De Doncker. „Mit CARL wird es jedoch zum ersten Mal in Deutschland einen ganzheitlichen Betrachtungsansatz geben.“ Die komplette Prozesskette von der Herstellung bis zur Anwendung stehe ebenso im Fokus wie der Lebenszyklus sämtlicher Materialien und Komponenten. „Wir wollen bis zur Atom- und Kristallebene verstehen, wie Energiespeicher funktionieren und auf unterschiedliche Anforderungen reagieren“, ergänzte Dirk Uwe Sauer vom ISEA, der Sprecher des Projekts ist. „Erst wenn wir die physikalisch-chemischen Prozesse kennen, können wir Systeme produzieren, die ohne Überkapazitäten oder Redundanzen arbeiten.“

Im CARL sollen zwei Perspektiven betrachtet werden: die der Endanwender einerseits und die der Entwickler von Maschinen und Materialien zur Herstellung von Batterien und Leistungselektronik andererseits. „Mit unseren Forschungsergebnissen können wir dazu beitragen, dass Entwicklungszyklen beschleunigt werden und durch eine optimale Konfiguration der Systeme letztlich Geld gespart wird“, sagt Sauer. Die Frage der Lebensdauer sei essentiell für die Wirtschaftlichkeitsbetrachtung von Batteriespeichern und wichtig für Hersteller, um Abschreibungszeiträume, Garantieleistungen und Zuverlässigkeit einschätzen zu können.

Mit den Fördermitteln würden drei große Laborbereiche errichtet, die das eigentliche Herzstück von CARL bildeten. Im ersten werde es Prüfstände für Belastungs- und Umweltsimulationen geben, um elektrische, mechanische, chemische oder klimatische Einflüsse auf Material und Systeme von Batterien und Leistungselektronik zu untersuchen. Die Alterungsprozesse würden dann wie im Zeitraffer ablaufen und analysiert, um deren Ursachen im Detail erforschen zu können.

Der zweite Labor-Bereich befasse sich mit dem Bau von Prototypen, hieß es weiter. Die Leistungsfähigkeit ganzer Systeme oder auch einzelner Bauteile könne hier untersucht werden, um beispielsweise Material- oder Konstruktionsfehler frühzeitig ausschließen zu können. Der dritte Laborbereich widme sich der physikalisch-elektrochemischen Analyse. Die Erkenntnisse aus allen Laborbereichen würden schließlich zusammengeführt, um daraus Modelle für Simulationen zu erstellen und Lebensdauerprognosen für die unterschiedlichsten Anwendungsbereiche und Nutzungsprofile abzuleiten. Gleichzeitig werde damit die Beschleunigung von Innovationszyklen bei der Neuentwicklung von Materialien und Systemen erreicht. (Sandra Enkhardt)