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Nanoschicht mit Megaleistung - Flexibler Keramikseparator ermöglicht Durchbruch bei großen Lithium-Ionen-Energiespeichern

Beschreibung der Institute und Unternehmen zu ihren nominierten Projekten

Kleine Lithium-Ionen-Batterien werden heute schon in nahezu allen Notebooks, Handys und Camcordern weltweit angewendet. Neuerdings finden die modernen Energiepakete auch in leistungsfähigen Powertools Anwendung. Hingegen konnten Lithium-Ionen-Batterien in Automobilen oder auch größeren stationären Anwendungen bislang nicht eingesetzt werden. Der Grund liegt darin, dass die Sicherheit auf Batterie- und Zellebene bisher nicht ausreichend gegeben war. Gerade diese ist aber bei großvolumigen Batterien von ausschlaggebender Bedeutung.

Der Evonik Industries AG ist es nun gelungen, mit SEPARION®-Separatoren, dem Pionierprodukt aus dem konzerneigenen Portfolio der Lithium-Ionen-Technologie, die Lithium-Ionen-Batterie nachweislich sicherer, leistungsfähiger und langlebiger zu machen und damit dieser Technologie das hochattraktive Anwendungsfeld mobiler und stationärer Großbatterien zu erschließen, dem zweistellige Wachstumsraten vorhergesagt werden.

Wegen ihrer gesamtgesellschaftlichen Bedeutung sind unter den Anwendungen zwei herausragende Beispiele besonders hervorzuheben. Zum einen kann dieser Energieträger erstmals auch als Großbatterie in Hybridfahrzeugen genutzt werden. Die Vorteile, die der kombinierte Antrieb aus Verbrennungsmotor und Elektromotor bringt, lassen sich so noch besser ausschöpfen: um bis zu 50 Prozent geringerer Benzinverbrauch, entsprechend weniger Emissionen und eine bessere Beschleunigung. Zum anderen können große elektrische Energiespeicher zur Nutzung regenerativer Energiequellen erheblich beitragen: insbesondere durch Stromzwischenspeicherung bei netzunabhängigen Solaranlagen und durch Balancierung des Stromnetzes durch Elektrizitätsnetz-Stabilisierung bzw. Elektrizitäts-Lastausgleich (Load-Leveling) bei netzgebundenen Windkraft- und Solaranlagen. Dadurch können in Zukunft konventionelle Kraftwerkskapazitäten deutlich besser ausgelastet werden. Beide Anwendungen zeigen, welche Relevanz die Speicherung elektrischer Energie gerade für die Erreichung der Ziele aus dem Kyoto-Protokoll hat. Die mobile Anwendung in Automobilen spart bis zu 50 Prozent Kraftstoff mit den entsprechend geringeren CO2- Emissionen. Die stationäre Speicherung elektrischer Energie macht die regenerativ hergestellte Energie mit Wirkungsgraden oberhalb 95 Prozent wieder verfügbar – ein Wert, der mit keiner anderen Technologie auch nur annähernd erreicht wird.

Möglich wird der betriebssichere Einsatz großer Lithiumbatterien durch SEPARION, einen neu entwickelten keramischen Batterieseparator von Evonik Industries. SEPARION geht zurück auf eine Grundlagenentwicklung im Bereich Nanomaterialien, die in einer wegweisenden Kooperation zwischen der Evonik, der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und sieben Hochschulen abgeschlossen werden konnte.

Die Entwicklung zielt auf die Erschließung eines Milliardenmarktes: Prognosen zufolge wird der Markt für Lithium-Ionen-Batterie-Materialien bis 2015 von derzeit rund 1,4 Milliarden Euro auf dann 3,9 Milliarden Euro anwachsen, wenn die Marktsegmente „Hybridfahrzeuge“ und „stationäre Stromspeichersysteme“ erschlossen werden können. SEPARION ist dazu der Schlüssel.

Wegen des hohen Innovationspotenzials und der wirtschaftlichen Bedeutung hat Evonik Industries bislang 50 Millionen Euro in Entwicklung und Vermarktung der neuen keramischen Separatormaterialien sowie in den Aufbau von Pilot- und Produktionsanlagen investiert. Durch die in Deutschland getätigten Entwicklungsarbeiten und Investitionen wurden bis heute 100 neue Arbeitsplätze im direkten Zusammenhang mit der Entwicklung, Produktion und Vermarktung der Komponenten für die Lithium-Ionen-Technologie und angrenzenden Technologien geschaffen. Bei entsprechend den Vorhersagen nur annähernd eintretendem Wachstum wird sich die Zahl der Arbeitsplätze verzehnfachen.

Darüber hinaus bietet die hier beschriebene revolutionäre Entwicklung eine realistische Chance, einen Teil des Batterie-Know-hows wieder aus Asien zurückzuholen, die deutsche Automobilindustrie zu stärken und damit Deutschland an dem attraktiv wachsenden Markt partizipieren zu lassen.

Die Evonik Industries AG - der kreative Industriekonzern aus Deutschland
Evonik Industries AG ist der kreative Industriekonzern aus Deutschland mit den ertragsstarken und zukunftsträchtigen Geschäftsfeldern Chemie, Energie und Immobilien. Evonik ist weltweit führend in der Spezialchemie, Experte für Stromerzeugung aus Steinkohle und erneuerbaren Energien sowie eine der größten privaten Wohnungsgesellschaften in Deutschland.

Evonik Industries ist in mehr als 100 Ländern der Welt aktiv. Mehr als 43.000 Mitarbeiter erwirtschafteten im Jahr 2006 einen Umsatz von rund 14,8 Milliarden Euro und ein operatives Ergebnis (EBIT) von über 1,2 Milliarden Euro. Es ist geplant, im 1. Halbjahr 2008 an den Kapitalmarkt zu gehen.

Bereichsübergreifend innerhalb von Evonik Industries ist die Forschungseinheit Creavis Technologies & Innovation tätig. Leitgedanke ist die rasche Erschließung neuer, profitabler und zukunftsorientierter Geschäfte in wachstumsstarken Märkten. Die Aktivitäten konzentrieren sich auf die Bedürfnisfelder Kommunikation und Information, Individuelle Mobilität, Neue Ressourcen/Energiespeicherung sowie Ressourcen-/Umweltschonung. Der Innovationsprozess reicht von der Identifizierung zukunftsträchtiger Technologien und attraktiver, chancenreicher Geschäftsoptionen über die technologische Umsetzung Erfolg versprechender Ideen bis hin zur Markteinführung neu entwickelter Produkte und Technologien durch Interne Start-ups. In Projekthäusern und Science to Business Centern erarbeitet Creavis innovative Technologieplattformen und Produkte für neue Geschäfte. Hier haben Dr.-Ing. Andreas Gutsch und Dr. rer. nat. Gerhard Hörpel die Entwicklung von SEPARION in den vergangenen Jahren entscheidend vorangetrieben.

Science to Business Center Nanotronics
Das konzerneigene Science to Business Center Nanotronics hat seinen Betrieb im April 2005 aufgenommen und entwickelt innovative, auf Nanomaterialien basierende Systemlösungen für die Elektronikindustrie. Anwendungsfelder sind u. a. druckbare Elektronik, preiswerte Displays und mobile Energiesysteme bis hin zu flexiblen, dünnfilmartigen Solarzellen zur wirtschaftlicheren Nutzung der Sonnenenergie. Mit „Science to Business Nanotronics“ geht Evonik Industries neue Wege zur Integration von Wissenschaft und Wirtschaft. 80 Wissenschaftler von Evonik treiben gemeinsam mit Hochschulforschern, Zulieferern und Kunden die Entwicklungen disziplin- und branchenübergreifend voran. Creavis hat dazu bereits mehr als 35 Kooperationen mit Universitäten und Forschungsinstituten wie etwa der Fraunhofer-Gesellschaft vereinbart. Ein Beispiel ist die Kooperation mit der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Forschungsinitiative „Funktionsmaterialien und Materialanalytik zu Lithium-Hochleistungsbatterien“ zusammen mit zwölf deutschen Universitäten. Die Nanotronics-Projekte werden vom Land Nordrhein-Westfalen gefördert und von der Europäischen Union kofinanziert.

Universität Duisburg: Institut für Verbrennung und Gasdynamik
Das Institut für Verbrennung und Gasdynamik ist eine der größten und forschungsstärksten Einrichtungen in der Fakultät für Ingenieurwissenschaften der Universität Duisburg-Essen. Es wurde durch den Ruf von Professor Roth nach Duisburg im Jahr 1985 gegründet und beschäftigt sich traditionell mit Themen der Partikelerzeugung und Charakterisierung, der Aerosolmesstechnik, der chemischen Kinetik und der laseroptischen In-situ-Diagnostik in reaktiven Strömungssystemen. Im Jahr 2004 wurde der Lehrstuhl von Prof. Dr. Christof Schulz unter Beibehaltung der oben genannten Forschungsschwerpunkte übernommen.

Der Lehrstuhl mit derzeit etwa 35 Mitarbeitern ist in zahlreiche nationale wie internationale Forschungskooperationen eingebunden. Er spielt durch die Synthese von nanopartikulären Materialien eine Schlüsselrolle im von Professor Roth gegründeten Sonderforschungsbereich „Nanopartikel aus der Gasphase“ und trägt erheblich zum Forschungsschwerpunkt „Nanoforschung“ der Universität Duisburg-Essen bei, der im Center for Nanointegration Duisburg-Essen, CeNIDE, zusammengefasst ist. Der Lehrstuhl ist auch im Graduiertenkolleg „Nanotronics“ aktiv und trägt zum neu gegründeten Bachelor und Masterstudiengang „Nanoengineering“ bei.

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.