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Am neu gegründeten Helmholtz Institut für Polymere in Energieanwendungen HIPOLE Jena bündeln das Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB) und die Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU Jena) ihre Kräfte im Bereich der Energiespeicherung und Energieumwandlung.

Um in Deutschland innerhalb der nächsten 20 Jahre Klimaneutralität zu erreichen, forschen wir an hocheffizienten, skalierbaren, kostengünstigen und nachhaltig produzierten Energietechnologien.

Dafür integriert HIPOLE Jena erstklassige Expertise in Polymerchemie, Materialwissenschaften, Hochdurchsatzexperimenten und Künstlicher Intelligenz.

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Das zentrale strategische Ziel von HIPOLE Jena ist die beschleunigte, wissensbasierte Entwicklung von nachhaltigen Polymermaterialien für skalierbare Energietechnologien.

HIPOLE Jena stützt sich auf drei Forschungssäulen:

  • Materialdesign & Synthese
  • Skalierbarkeit, Prototypen und Transfer
  • Charakterisierung, Theorie & Modellierung und Datenwissenschaft

Dieser Dreiklang bildet die Grundlage für fünf Bereiche der Forschungsmission des HIPOLE Jena:

  1. Polymer Redox-Flow Batterien
  2. Polymerbasierte Dünnschichtbatterien
  3. Photovoltaik
  4. Funktionale selbstheilende Materialien
  5. Nachhaltige Chemie

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Polymer Redox-Flow Batterien

Redox-Flow-Batterien (RFB) stellen eine besondere Batterietechnologie dar. Im Gegensatz zu vielen anderen Batteriesystemen, können bei RFB die Leistung und Kapazität unabhängig voneinander skaliert werden. RFBs sind besonders für stationäre Energiespeicher interessant. Im Rahmen von HIPOLE Jena werden organische, polymer-basierte Elektrolyte untersucht, welche den Einsatz von kritischen Metallen/Metallionen in den Elektrolyten obsolet macht.

Polymer-basierte Dünnschichtbatterien

Der große Bereich der organic electronics eröffnet viele neue Anwendungsmöglichkeiten, wie im Bereich der smart textiles oder dem „Internet der Dinge“. Polymer-basierte Aktivmaterialien sowie Elektrolyte erlauben in diesem Zusammenhang die drucktechnische Herstellung von flexiblen, maßgeschneiderten Batterien. In HIPOLE Jena wird die nächste Generation dieser Materialien untersucht, die beispielsweise eine längere Lebenszeit ermöglichen sollen.

Photovoltaik

Die kommerziellen Photovoltaiktechnologien sind im Terawatt-Bereich (TW) bei den Weltweit installierten Leistungen angekommen. In den nächsten Jahren wird weiter ein sehr großer Bedarf an Photovoltaiksystemen bestehen, wodurch skalierbare Technologien für die Deckung der stetig wachsenden Nachfrage erforderlich sind. HIPOLE Jena widmet sich hierbei den Perovskit-Solarzellen. Durch den Einsatz von Polymeren sollen hier beispielsweise die Stabilitäten verbessert werden.

Funktionale selbstheilende Materialien

Ein besonderes Forschungsfeld stellen funktionale selbstheilende Materialien dar. Diese können nach einem Schaden ihre ursprünglichen Eigenschaften wieder herstellen. So soll beispielsweise in Batterieelektroden die Leitfähigkeit nach einem Schaden in der Elektrode wieder hergestellt werden. Vergleichbare Ansätze sollen hier auch für Solarzellen eingesetzt werden.

Nachhaltige Chemie

Im Plastikzeitalter, welches auch stark mit den negativen Umweltauswirkungen der Kunststoffe verbunden ist (z.B. Mikroplastik), spielt die Nachhaltigkeit eine wichtige Rollen. Daher sollen die Polymere für die verschiedenen Anwendungen auf Basis nachhaltiger Ressourcen entstehen sowie deren Wiederverwertung möglich sein. So spielt beispielsweise die Nutzung von CO2 als Baustein für die Polymere eine wichtige Rolle.