Bayerisches Zentrum für Batterietechnik - BayBatt

VDE BAYERN: Im Frühjahr 2018 kündigte Markus Söder in seiner ersten Regierungserklärung als Ministerpräsident unter anderem die Einrichtung eines Bayerischen Zentrums für Batterietechnik (BayBatt) an der Universität Bayreuth an. In diesem Jahr ist das BayBatt dem VDE beigetreten, was hat sich in der Zwischenzeit am Batterieforschungsstandort Bayreuth getan?

Prof. Dr.-Ing. Michael Danzer: Schon vorher gab es in Bayreuth Gruppen, die sehr relevante Forschung für den Bereich Batterie betrieben haben. Von dezidierter Batterieforschung über chemische bis hin zu materialwissenschaftlichen Ansätzen. Die zentrale neue Aufgabe des BayBatt ist die interdisziplinäre Forschung und Entwicklung von Batteriespeichern an den Schnittstellen von Materialwissenschaft, Elektrochemie, Ingenieurwissenschaft, Informationstechnologie und Ökonomie. Am BayBatt konnten in den vergangenen fünf Jahren bereits an der Universität Bayreuth vorhandene Kompetenzen im Bereich der Batterieforschung gebündelt, aber auch neue Kompetenzen aufgebaut werden. Im Rahmen der HighTech Agenda Bayern wurden dem BayBatt u.a. 12 neue Professuren zugesprochen, von denen 10 inzwischen besetzt sind.

Der große Pluspunkt des Standortes Bayreuth ist dabei auch für die neuen Kolleginnen und Kollegen die lange und gelebte Tradition interdisziplinärer, fakultätsübergreifender Forschung und Lehre sowie die Politik der offenen Labortür, die immer wieder innovative Kooperationen ermöglicht. Das BayBatt im Speziellen zeichnet sich durch die Einbindung von vier Fakultäten mit den Disziplinen Physik, Chemie, Ingenieurwissenschaften und Wirtschaftsinformatik aus. Damit werden alle Größenskalen der Batterieforschung, von der atomistischen Struktur über die Strukturierung von Elektroden und dem Zell- und Moduldesign bis hin zu mobilen oder stationären Batteriesystemen, und damit deren gesamte akademische Bandbreite abgedeckt.

Welche Forschungsschwerpunkte hat sich das BayBatt dabei vorgenommen?

Das BayBatt hat sich fünf Schwerpunkte für die Forschung gesetzt:

1. Sichere High-Performance Materialien
   Neuartige Separatoren und die Entwicklung Li-Ionen leitender Polymere und Feststoffe liefern gut benetzbare, thermische stabile und hocheffiziente Batterieseparatoren. Im Bereich All-Solid-State-Batterien stehen Arbeiten zur Forschung an Feststoffelektroden und Elektrolyten im Fokus, sowie die Prozessierungsmethode der Powder-Aerosol-Deposition. Darüber hinaus werden innovative Aktivmaterialien entwickelt.
2. Grenzflächenphänomene und Transportprozesse in Batterien
   Der Ladungs- und Materialtransport innerhalb eines elektrochemischen Energiespeichers wird durch Grenzflächenprozesse bestimmt und hat damit einen wesentlichen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batteriesystemen. Am BayBatt werden Kombinationen von analytischen Techniken für die Untersuchung von Batteriematerialien unter in-situ Bedingungen sowie operando weiterentwickelt.
3. Intelligente Batterie
   Ziel dieses Forschungsschwerpunktes ist es, Batteriesysteme zu befähigen, den eigenen Zustand hinsichtlich Leistungsfähigkeit, Strombelastbarkeit und Restkapazität zu bestimmen und zu prognostizieren. Eine intelligente Batterie soll in der Lage sein, mit dem überlagerten Energiesystem zu kommunizieren, Anforderungen entgegenzunehmen und Limitierungen zurückzumelden. Erkenntnisgrundlagen sind hierbei die elektrochemische Diagnose von Materialien und Grenzflächen sowie die Modellierung und Identifikation.
4. Vernetzte Batteriespeicher – Daten, Kommunikation und Wirtschaftlichkeit
   Durch die Zunahme batterieelektrischer Fahrzeuge und stationärer Speicher wird zukünftig eine Vielzahl neuer Batteriespeicher am Strommarkt teilnehmen. Im BayBatt werden Lösungen für vernetzte Speicher technisch und wirtschaftlich untersucht und entwickelt, so dass sie ihr volles Potenzial im Markt entfalten können. Insbesondere sollen die Dynamik des Speichersystems und dessen Eignung für spezifische Systemdienstleistungen sowie die Sektorkopplung in den Blick genommen werden.
5. Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft
   Nachhaltigkeit bedeutet in unserem Kontext die umfassende Betrachtung von Batterien über den gesamten Lebenszyklus. Im Produktionsprozess beeinflussen maßgeblich zwei Aspekte die Nachhaltigkeit einer Batterie: zum einen geht es um den Einsatz nachhaltiger Ressourcen zur Herstellung der Batterie, zum anderen um den Energieverbrauch und die CO2-Emissionen im Produktionsprozess. Die Lebensdauer in der ersten (und ggf. einer zweiten) Anwendung der Batterie ist darüber hinaus entscheidend für deren ökologische und ökonomische Bilanz. Weiterhin zählt zu diesem Forschungsschwerpunkt auch die Kreislaufführung, wobei nicht nur Stoff- sondern auch Produktrecycling durch Refabrikation im Fokus stehen.

Wie kann die gebündelte Expertise des BayBatt für die Industrie (in Bayern) nutzbar gemacht werden?

Der Transfer zwischen Wissenschaft und Industrie findet auf einer Vielzahl an Kanälen statt; durch Austausch und Gespräche: im direkten Kontakt, auf Konferenzen oder in etablierten Netzwerken. Die konkrete Umsetzung erfolgt beispielsweise durch eine direkte Beauftragung von Arbeitsgruppen und unserer Keylabs als Dienstleistung oder als Forschungsauftrag zu Test, Analyse, Diagnose, Simulation, Synthese, Prozessentwicklung oder Systementwurf. Sie kann aber auch in einem größeren Rahmen in einer Forschungskollaboration in geförderten Projekten bspw. des BMBF, des BMWi, der Landesministerien oder der EU stattfinden.

Neben konkreten Fragestellungen im Bereich der Forschung & Entwicklung sehen sich viele Betriebe inzwischen auch mit dem Problem des Fachkräftemangels konfrontiert, welche Rolle spielt das BayBatt in der Ausbildung der Batteriefachkräfte von morgen?

Als universitäre Einrichtung spielt die Lehre für das BayBatt natürlich eine zentrale Rolle. Die Ausbildung zum Thema Batterie ist neben der Forschung und dem Transfer eine der drei Säulen des BayBatt. Hierzu wurden im Studienjahr 2022/23 zwei neue und deutschlandweit einmalige interdisziplinäre Masterstudiengänge ins Leben gerufen. „Batterietechnik“ wird auf Deutsch gelehrt und hat einen starken ingenieurwissenschaftlichen Hintergrund. „Battery Materials and Technology“ ist ein englischsprachiger Studiengang, der sich somit auch verstärkt an internationale Studierende richtet, und hat eine naturwissenschaftliche Ausrichtung. Die erste Kohorte von Studierenden wird im kommenden Jahr ihren Masterabschluss erlangen und auf den Arbeitsmarkt entlassen. Doch auch während des Studiums können sich die Studierenden bereits aktiv in Unternehmen einbringen, etwa im Rahmen eines Praktikums oder eines Forschungsprojektes.

Warum hat sich das BayBatt nun entschieden, Mitglied im VDE zu werden? Was erhoffen Sie sich von dieser Kooperation?

Durch die Mitgliedschaft im VDE wollen wir das BayBatt in Bayern und deutschlandweit mit Expertinnen und Experten sowie Unternehmen aus dem Bereich Energietechnik besser vernetzen und uns in den aktiven Austausch einbringen, den der VDE seinen Mitgliedern bietet. Die Energiewende ist ein gesamtgesellschaftliches Projekt, das nur erreicht werden kann, wenn Kompetenzen aus verschiedensten Bereichen optimal gebündelt werden. Hierfür bietet der VDE eine wichtige Plattform, bei der unsere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Erkenntnisse einbringen und direkt in den Austausch mit Unternehmen und anderen Expertinnen und Experten treten können. Gleichzeitig wollen wir mit der Mitgliedschaft auch unseren Studierenden einen direkten Einblick und ein Sprungbrett in die außeruniversitäre Karriere bieten. Die Neugründung der VDE Hochschulgruppe an der Universität Bayreuth in diesem Jahr war bereits der erste Schritt auf diesem Weg, den wir nun mit der Mitgliedschaft des BayBatt im VDE weiter beschreiten.