Das US-Energieministerium (DoE) hat 125 Millionen US-Dollar für die Finanzierung von zwei Teams des Energy Innovation Hub bereitgestellt, um die nächste Welle der Batterietechnologieentwicklung voranzutreiben. Diese Initiative zielt darauf ab, die derzeitigen Einschränkungen von Lithium-Ionen-Batterien zu verbessern und wird vom Argonne National Laboratory und der Stanford University geleitet. Dieser Schritt spiegelt die konzertierten Bemühungen wider, die Dekarbonisierung des Verkehrs zu beschleunigen und die Integration sauberer Energie in das Stromnetz zu verbessern.
Die Finanzierungsankündigung, die in einer Pressemitteilung des Energieministeriums detailliert beschrieben wird, unterstreicht den dringenden Bedarf an fortschrittlichen Energiespeicherlösungen, um der wachsenden Nachfrage nach sichereren, effizienteren und kostengünstigeren Batterietechnologien gerecht zu werden. Neue Anwendungen, insbesondere im Transportwesen und in der Netzspeicherung, erfordern höhere Energiespeicherkapazitäten, verbesserte Sicherheitsmaßnahmen und eine Diversifizierung der in der Batterieherstellung verwendeten Rohstoffe, um Lieferkettenrisiken zu minimieren.
Energiespeicherforschungsallianz (ESRA)
Die Energy Storage Research Alliance (ESRA) unter der Leitung des Argonne National Laboratory vereint rund 50 Forscher aus drei nationalen Laboren und zwölf Universitäten. Ihre Mission ist die grundlegende Erforschung der Batteriewissenschaften, um aktuelle Herausforderungen zu bewältigen, darunter Sicherheit, hohe Energiedichte und die Entwicklung langlebiger Batterien aus leicht verfügbaren, kostengünstigen Materialien.
Das Hauptziel von ESRA besteht darin, die Grenzen der Energiespeicherwissenschaft zu erweitern und technologische Innovationen zu fördern, die die wirtschaftliche Wettbewerbsfähigkeit der USA stärken.
Shirley Meng, Direktorin der ESRA, betonte den dringenden Bedarf an leistungsstarken, kostengünstigen und nachhaltigen Energiespeichern für eine umfassende Dekarbonisierung des Schwerlastverkehrs und des Stromnetzes. Meng, die auch Chefwissenschaftlerin am Argonne Collaborative Center for Energy Storage Science und Professorin an der Pritzker School of Molecular Engineering der University of Chicago ist, betonte, dass bahnbrechende, grundlagenorientierte Forschung erforderlich sei, um die Leistungsfähigkeit der aktuellen Lithium-Ionen-Technologie zu übertreffen. Sie sagte: „Die Nachfrage nach leistungsstarken, kostengünstigen und nachhaltigen Energiespeichern steigt, insbesondere nach solchen mit dem Potenzial, den Schwerlastverkehr und das Stromnetz umfassend zu dekarbonisieren.“
Bryan McCloskey, stellvertretender Direktor für wissenschaftliche Schwerpunkte der ESRA und Fakultätsingenieur am Berkeley Lab, fügte hinzu, dass die ESRA ein Ökosystem fördern möchte, das schnelle Innovationen fördert und die Verzögerung zwischen grundlegender Entdeckung und Technologieeinsatz verkürzt. Ein wesentlicher Bestandteil der ESRA-Strategie ist die Ausbildung einer vielfältigen, zukünftigen Belegschaft, die durch Partnerschaften mit Industrie, Wissenschaft und Regierung auf die zukünftigen Fertigungsanforderungen vorbereitet ist. Er sagte: „Die ESRA schafft ein Ökosystem für die Energiespeicherforschung mit dem Ziel, Innovationen schnell voranzutreiben, die Zeit zwischen grundlegender Entdeckung und Technologieentwicklung zu verkürzen und die nächste Generation von Arbeitskräften auszubilden.“
Die Koalition, zu der unter anderem Institutionen wie die Columbia University, das MIT und die University of Michigan gehören, wird sich aktiv an allen Aspekten der wissenschaftlichen Forschung, Governance und strategischen Entwicklung beteiligen.
Konsortium für wässrige Batterien (ABC)
Parallel dazu leitet die Stanford University das Aqueous Battery Consortium (ABC), das sich auf die Entwicklung einer neuartigen wässrigen Batterie konzentriert, die sowohl umweltfreundlich als auch kostengünstig sein soll. Diese neue Batterietechnologie soll eine höhere Energiedichte als aktuelle Blei-Säure-Batterien aufweisen und möglicherweise nur ein Zehntel der Kosten heutiger Lithium-Ionen-Batterien kosten. Sie soll langjährige Herausforderungen wie niedrige Spannung, Energiedichte und Korrosion überwinden.
Linda Nazar, leitende Wissenschaftlerin des Projekts und Professorin an der University of Waterloo, wies auf die anhaltenden Hindernisse bei der Entwicklung von Wasserbatterien hin, darunter Materialkorrosion und Zellversagen unter Praxisbedingungen. „Die Hürden für eine solche neue Wasserbatterie haben Erfinder jahrelang vor Probleme gestellt“, bemerkte sie.
Yi Cui, Projektleiter und Professor in Stanford, betonte die Notwendigkeit, erschwingliche, netzweite Energiespeicherlösungen zu schaffen, die einen zuverlässigen Langzeitbetrieb ermöglichen, insbesondere in einer Zeit, in der erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windenergie vorherrschen und instabil sind.
Das Aqueous Battery Consortium, das vom Precourt Institute for Energy der Stanford University verwaltet wird, vereint 31 führende Batteriewissenschaftler, Ingenieure und Physiker von Institutionen aus ganz Nordamerika, darunter das SLAC, mehrere Standorte der University of California, die North Carolina State University sowie die Forschungslabore der US Army und Naval. Ihre Zusammenarbeit umfasst Materialdesign und -synthese, Theorie und Simulation sowie die Charakterisierung von Geräteprototypen.
Die Forschungsteams werden verschiedene Facetten der Batterietechnologie untersuchen, darunter Elektrolyt, Elektrodenmaterialien und die gesamte Gerätearchitektur. Dabei verfolgen sie die Vision, Batterien zu entwickeln, die nicht nur effizient arbeiten, sondern sich auch schnell laden und entladen lassen und dabei wirtschaftlich rentabel sind.
Die vom Energieministerium bereitgestellten 125 Millionen US-Dollar, die über einen Zeitraum von bis zu fünf Jahren gleichmäßig zwischen den beiden Zentren aufgeteilt werden, schaffen einen soliden Rahmen für bahnbrechende Forschung im Bereich der Energiespeicherung.
