Das IAM-ESS
Das Institut für Angewandte Materialien – Energiespeichersysteme am KIT beschäftigt sich mit der Herstellung neuer Materialien zur Energiespeicherung, wie z.B. für Li-Ionen Batterien und Post-Lithium Systemen, sowie der Aufklärung der bei der Energiespeicherung ablaufenden Prozesse, der Herstellung und Testung von Elektroden und vollständiger Zellen.
Das Institut ist ebenfalls angesiedelt im Institut für anorganische Chemie: Materialforschung für neuartige Energiespeichersysteme (AK Ehrenberg).
Neben der für ihre Forschung notwendigen Laborausstattung besitzt das Institut auch Zugang zu Großforschungseinrichtungen wie Neutronen- und Synchrotronstrahlungsquellen. In Kooperation mit diesen Einrichtungen entwickelt das Institut in-situ und in-operando Techniken, um sowohl bestimmte Aspekte in Materialien, als auch vollständige, kommerzielle Bauteile zu untersuchen.
Eine effiziente Nutzung von Energiespeichern für Anwendungen in der Wind- und Solarenergie oder auch im Bereich Elektromobilität setzt eine lange Lebensdauer der Speicher voraus. Entsprechend wichtig ist es, Mechanismen für Alterung und Degradation zu bestimmen, um möglichst akkurate Lebensdauer Modelle zu entwickeln. Untersuchungen dieser Art erfolgen sowohl in-situ als auch post-mortem. Angefangen bei der Materialanalyse bis hin zur Aufstellung von Modellen kooperiert das Institut mit Partnern aus Industrie und anderen Forschungsinstituten. Daneben sind weitere Schwerpunkte die Entwicklung neuartiger Materialien und Speicher, die Untersuchung sogenannter Redox-Flow Speicher und die Entwicklung von Methoden zur effizienten Untersuchung ganzer Bauteile unter in-operando, d.h. möglichst realen, Bedingungen. Die Herstellung von Elektroden und ganzen Zellen sind ebenso Teil der Forschung wie die Materialentwicklung für die Fusionsforschung.
From the cradle to the grave
Activities in Li-Ion battery (LIB) recycling have become more and more prominent at IAM-ESS. Since not only has the quest for better batteries moved into the focus of research, economic and ecologic production must also be considered. Recycling of used battery cells or scrap material from production will present an enormous future challenge and a promising source of raw materials. IAM-ESS is jumping on the train with several coordinated activities.
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Gewinnung von Lithium aus europäischen Quellen
Lithium aus europäischen Quellen soll die Rohstoffabhängigkeit durch nachhaltige, energieeffiziente und umweltfreundliche Produktionsketten reduzieren.
Der neue EU-Rechtsrahmen für Batterien geht davon aus, dass sich der Lithium-Bedarf bis 2030 um das 18-fache und bis 2050 sogar um das 60-fache erhöht. Im Projekt LiCORNE („Lithium Recovery and Battery Grade Materials Production from European Resources”), an dem auch das KIT beteiligt ist, wollen Partner aus Forschung und Industrie Lithium aus europäischen Quellen wie Thermalwässern, mineralischen Vorkommen oder Altbatterien gewinnen, um die Rohstoffabhängigkeit zu verringern. Außerdem werden kosteneffiziente, sichere und flexible Technologien zur Gewinnung entwickelt, die eine höhere Ausbeute bei geringem ökologischem Fußabdruck ermöglichen.
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Data-driven capacity estimation of commercial lithium-ion batteries from voltage relaxation
(Article was selected as one of Editors' Highlights in section Energy: https://www.nature.com/collections/dmmhtcypsc)Accurate capacity estimation is crucial for the reliable and safe operation of lithium-ion Batteries. Researchers from Tongji University and KIT in cooperation with other institutes have investigated the possibility to use relaxation voltage curves of commercial cells to estimate the capacity. This way no additional cycling information and no complete charge/discharge cycle is required to determine the residual capacity. Statistical features derived from relaxation curves were compared with three different models and then used to estimate residual capacity of the cells.
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MEFBatt: Pilotanlage zur Massenproduktion von Elektroden für Festkörperbatterien am KIT
Im BMBF geförderten Forschungsprojekt MEFBatt („Aufrüstung einer Mehrlagen-Elektrodenfertigung zur Prozessierung von Festkörper-Batterien im Pilotmaßstab“) wird am IAM-ESS des KIT der nächste Schritt zur Massenproduktion ermöglicht. Mit einer Pilotanlage soll der Fertigungsprozess von Elektroden für Festkörperbatterien zur Vorbereitung einer industriellen Massenproduktion erforscht und optimiert werden.
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Closing the yellow gap with Eu- and Tb‑doped GaN: one luminescent host resulting in three colours
The invention of highly efficient blue-emitting diodes was a milestone for the development of today's omnipresent white LEDs being enabled by the investigations of Nakamura et al., who were awarded the Nobel prize in 2014. Here we demonstrate the doping of bulk GaN with europium, terbium and the combination of both resulting in intriguing luminescence properties, pushing the role of GaN:Eu,Tb as a chief component in future light emitting diodes. This colour tuning proves that one luminescence host can provide three colours (red, green and orange) and that even the so called “yellow gap” could be closed with a III-nitride.
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Lithium-Diffusion Induced Capacity Losses in Lithium-Based Batteries
In the Review "Lithium-Diffusion Induced Capacity Losses in Lithium-Based Batteries" published in Advanced Materials, scientists at the Institute and Uppsala University (Sweden) describe a new, so far largely unrecognized, capacity loss mechanism found in lithium-based batteries. The so called “Li-trapping” mechanism is, unlike other previously described capacity loss mechanisms, reversible which opens the possibility for regeneration of cycled batteries.
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