(v.l.n.r.) Prof. Dr.-Ing. Paul Roth, Dr. rer. nat. Gerhard Hörpel, Dr.-Ing. Andreas Gutsch
Dr.-Ing. Andreas Gutsch (Sprecher)
Dr. rer. nat. Gerhard Hörpel
Prof. Dr.-Ing. Paul Roth
Evonik Industries AG, Essen
Universität Duisburg-Essen, Duisburg
Ob Hybridautos, Windkraftwerke oder Solaranlagen - viele umweltschonende Technologien benötigen Speicher für große Mengen an elektrischer Energie.
Wie müssen Batterien konstruiert sein, die diese Anforderung zuverlässig und sicher erfüllen?
Eine Antwort lieferten Andreas Gutsch, Gerhard Hörpel und Paul Roth mit der Entwicklung einer neuartigen Trennschicht. Andreas Gutsch, der zuletzt den Bereich Creavis Technologies and Innovation bei der Evonik Industries AG leitete, verantwortet für Evonik als entsandter Geschäftsführer bei der Li-Tec Battery GmbH & CO in Kamenz bei Dresden den Aufbau der Serienfertigung. Gerhard Hörpel verantwortet bei dem Unternehmen aus Marl das International Relations Management/Marketing. Paul Roth ist Professor im Ruhestand am Lehrstuhl für Verbrennung und Gasdynamik der Universität Duisburg-Essen.
Kompakte und vielseitige Energiespender
Kernstück der Innovation der drei nominierten Forscher ist ein sogenannter Separator für Lithium-Ionen-Batterien. Diese wieder aufladbaren Batterien kommen in tragbaren ElektroniKGeräten wie Mobiltelefonen, Notebooks und Digitalkameras zum Einsatz. Sie versorgen außerdem viele Akku-Werkzeuge für Heimwerker mit elektrischem Strom. Ihre Vorteile sind eine hohe chemische Leistungsfähigkeit sowie eine besonders kompakte Bauform und eine vergleichsweise einfache Herstellung. Der Separator verhindert einen Kurzschluss in der Batterie, indem er den Plus- vom Minuspol trennt, und er gewährleistet den Stromfluss beim Ent- oder Aufladen.
Allerdings: Wo Energiespeicher mit einer sehr hohen Kapazität erforderlich sind, ließen sich Lithium-Ionen-Batterien bisher nicht einsetzen. Denn im Inneren der großen Stromspeicher konzentriert sich so viel Energie, dass sie explodieren können, wenn sie beschädigt werden. Andreas Gutsch, Gerhard Hörpel und Paul Roth gelang es jedoch, dieses Sicherheitsrisiko auszuschalten.
Nanoteilchen stärken die Trennschicht
Dazu entwickelten die drei Forscher einen Separator, der aus winzigen Nanopartikeln eines keramischen Materials besteht. Das macht ihn porös und zugleich beliebig formbar. Er ist sehr robust und bleibt selbst bei großer Hitze stabil. Damit ausgestattete Batterien lassen sich problemlos als Energiespender für die Motoren in einem Hybridfahrzeug oder Elektroauto verwenden. Sie können als Zwischenspeicher für elektrischen Strom dienen, den Windräder oder Solaranlagen erzeugt haben, oder die Stromversorgung von Großrechnern und Produktionsanlagen absichern.
Die neue Technologie ist das Resultat einer Kooperation von Forschern der Evonik AG um Andreas Gutsch und Gerhard Hörpel sowie Wissenschaftlern mehrerer Universitäten. Ausgangspunkt war eine Filtermembran aus Keramik, die Paul Roth entwickelt hat. Erste Batterien mit einem nanokeramischen Separator werden bereits eingesetzt.
Das Vorschlagsrecht zum Deutschen Zukunftspreis obliegt den führenden deutschen Einrichtungen aus Wissenschaft und Wirtschaft sowie Stiftungen.
Das Projekt „Nanoschicht mit Megaleistung - Flexibler Keramikseparator ermöglicht Durchbruch bei großen Lithium-Ionen-Energiespeichern“ wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft vorgeschlagen.