3.0 Abteilungsleitung und andere
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Potassium–sulfur (K–S) batteries represent a promising class of next‐generation energy storage systems, leveraging the abundance of potassium and the high theoretical capacity of sulfur. However, their development is limited by an incomplete understanding of polysulfide chemistry. Here, we combine spectroscopic techniques with electrochemical analysis to elucidate the formation, speciation, and redox behavior of potassium polysulfides in hybrid‐electrolyte K–S cells operating at 60°C. UV–vis spectroscopy reveals that sulfur radical anions, especially S3•−, act as key intermediates whose evolution reflects redox equilibria and state of charge. Modulating the catholyte composition shows that incorporating a eutectic ε‐caprolactam:acetamide (CPL:Am, 1:1) mixture into tetraglyme (G4) enhances polysulfide solubility and capacity. Cell architecture plays a critical role: glass cells used to couple spectroscopy and electrochemistry exhibit rapid capacity loss and Coulombic efficiencies of ∼80%, while compact piston‐type cells boost performance. Electrolyte choice within piston cells further differentiates behavior, with tetraglyme yielding 561 mAh g−1 and gradual fading, whereas CPL:Am–G4 electrolytes initially reach 1354 mAh g−1 with more pronounced decay. These insights highlight the intertwined effects of solvent chemistry and cell design, offering guidance for developing stable, high‐performance K–S batteries.
Der Vortrag zeigt die zentrale Rolle der sicherheitsorientierten Forschung für das Gelingen der Energiewende. Ausgangspunkt ist der Auftrag der BAM, Sicherheit in Technik und Chemie zu gewährleisten und damit gesellschaftliches Vertrauen in neue Energietechnologien zu stärken.
Im Fokus stehen zentrale Technologiefelder der Energiewende: Wasserstoff, elektrische Energiespeicher, Windenergie. Dabei arbeitet die BAM interdisziplinär an der Bewertung von Sicherheitsfragen, der Entwicklung von Prüfmethoden sowie der Standardisierung und Regelwerksentwicklung, um neue Technologien frühzeitig sicher in die Anwendung zu bringen.
Ein Schwerpunkt liegt auf Batteriespeichern und deren Integration in Energiesysteme. Neben großskaligen Anwendungen werden insbesondere Fragen der Sicherheit, Lebensdauer und Zweitnutzung („Second Life“) erforscht. Kooperationen wie das Berlin Battery Lab bündeln Kompetenzen entlang der Wertschöpfungskette und verbinden Grundlagenforschung mit praxisnahen Anwendungen.
Im Bereich Windenergie adressiert die BAM Herausforderungen wie Materialermüdung, Korrosion, Inspektion und Recycling. Innovative Ansätze wie automatisierte Rotorblattinspektionen mittels Thermografie und KI ermöglichen eine frühzeitige Schadensdetektion und tragen zur Verlängerung der Lebensdauer von Anlagen bei.
Ein weiterer Fokus liegt auf Wasserstofftechnologien. Auf dem Testgelände der BAM werden großskalige Tests durchgeführt, etwa für Druckbehälter, Brandszenarien oder Explosionsschutz. Die Reallabore, Wasserstofftankstelle und Wasserstoffnetze, dienen der Entwicklung digitaler Überwachungs- und Qualitätsinfrastrukturen und dem Testen von Komponenten zur sicheren Betriebsführung.
Übergreifend wird deutlich, dass die Energiewende nur dann erfolgreich ist, wenn Sicherheitsaspekte systematisch mitgedacht werden. Die BAM leistet hierzu einen entscheidenden Beitrag, indem sie wissenschaftliche Erkenntnisse in praktikable Sicherheitskonzepte, Normen und regulatorische Rahmenbedingungen überführt. Dadurch wird Vertrauen geschaffen – eine wesentliche Voraussetzung für Akzeptanz und nachhaltige Transformation des Energiesystems in Deutschland und Europa.
Der Vortrag behandelt die sicherheitstechnischen Herausforderungen von Batterien und Wasserstoff im Kontext der Energie- und Mobilitätswende. Ziel ist es, die zunehmende Bedeutung beider Technologien auf dem Weg zur Klimaneutralität zu beleuchten und gleichzeitig deren Chancen zu adressieren. Dabei wird deutlich, dass mit dem steigenden Anteil von Strom und Wasserstoff auch die Anforderungen an die Sicherheit durch Skalierungseffekte wachsen.
Die BAM übernimmt hierbei eine zentrale Rolle, indem sie diesbzgl. forscht, Sicherheitsbewertungen durchführt und an der Entwicklung von Standards und Regelwerken beteiligt ist. Ihre Arbeit trägt dazu bei, Sicherheitsfragen frühzeitig zu erkennen und geeignete Maßnahmen für einen sicheren Einsatz der Technologien zu entwickeln.
Im Bereich der Batterietechnologien werden Lithium-Ionen-Batterien und deren Verhalten im Fehlerfall betrachtet. Ein wesentliches Risiko stellt das sogenannte thermische Durchgehen dar, bei dem es zu extremen Temperaturen, Bränden und der Freisetzung großer Mengen toxischer Gase kommen kann. Dabei zeigt sich, dass der Ladezustand der Batterie einen Einfluss auf die Intensität solcher Ereignisse hat.
Darüber hinaus werden neue Batterietechnologien wie Natrium-Ionen-Batterien betrachtet, bei denen Sicherheitsfragen nicht allein von der Chemie, sondern auch vom technischen Design abhängen. Insbesondere mechanische Komponenten wie Entlüftungssysteme spielen eine entscheidende Rolle für den sicheren Betrieb. Dies verdeutlicht, dass Sicherheitskonzepte ganzheitlich gedacht werden müssen.
Auch der Transport und Umgang mit beschädigten Batterien stellt ein relevantes Risiko dar. Hier sind spezielle Vorschriften und Prüfverfahren notwendig, um Gefahren während Lagerung und Transport zu minimieren. Zudem müssen bestehende Normen und Testbedingungen an die Besonderheiten neuer Technologien angepasst werden, da sie häufig noch auf klassischen Verbrennungssystemen basieren.
Im Bereich Wasserstoff betreibt die BAM ein Reallabor und untersucht die Digitalisierung von Prozessschritten und die Auswertung von Sensordaten bei der Elektrolyse und Betankungen. Die Sicherheit der Anlageninfrastruktur insbesondere der Wasserstoffspeicher stehen im Fokus. Herausforderungen ergeben sich vor allem aus hohen Drücken, komplexen Schnittstellen zwischen Abnehmer und Dispenser sowie der sicheren Bestimmung des Zustands bei Schnellbetankungen. Zur Verbesserung der Sicherheit werden neue Ansätze wie digitale Überwachungssysteme, Sensornetzwerke und datenbasierte Analysen eingesetzt. Diese tragen dazu bei, den Betrieb sicherer und gleichzeitig effizienter zu gestalten. Auch die Verfügbarkeit von Anlagen kann durch solche Technologien erhöht werden.
Insgesamt zeigt der Vortrag, dass sowohl Batterien als auch Wasserstoff unverzichtbare Bausteine der Energiewende sind, deren sichere Nutzung jedoch hohe Anforderungen an Technik, Forschung und Regulierung stellt. Entscheidend ist ein integrierter Ansatz, der technologische Innovationen mit geeigneten Sicherheitskonzepten und Standards verbindet. Nur so kann eine nachhaltige und gleichzeitig sichere Energieversorgung gewährleistet werden.
Moderne digitale Technologien bieten neue Möglichkeiten für das Sicherheitsmanagement und die Qualitätssicherung von technischen Anlagen. Aus der Initiative QI-Digital hervorgehend zeigt die BAM im Reallabor Wasserstofftankstelle, wie digital gestützte Verfahren und Werkzeuge der Qualitätsinfrastruktur (QI) zu einer effizienteren und transparenteren Qualitätssicherung von technischen Anlagen beitragen. Damit kann die Anlage wirtschaftlicher und verlässlicher betrie-ben werden. Das Reallabor bildet die gesamte Wasserstoffwertschöpfungskette ab – mit der Anlage wird Wasserstoff erzeugt, gespeichert und an verschiedene Fahrzeugtypen abgegeben.
Solid electrolytes (SE) allow to employ alkali-metal negative electrodes (NE) in new cell concepts, increasing energy density and safety of batteries for stationary and portable applications. The aim of this research is to develop a novel NASICON (NA Super Ionic CONductor) electrolyte for room-temperature (RT) sodium-sulfur (Na-S) cells employing a liquid sodium-potassium (Na-K) alloy at the SE/NE interface. The Na-K alloy can improve the interfacial contact between the sodium-metal NE and the SE.
Der Vortrag gibt einen kompakten Überblick über das BAM-Testzentrum Wasserstoffsicherheit und seine Rolle bei der Forschung, Prüfung und Entwicklung sicherheitsrelevanter Technologien entlang der gesamten Wasserstoff-Wertschöpfungskette. Das Kompetenzzentrum H2Safety@BAM vereint wissenschaftliche Expertise, einmalige Infrastruktur und praxisnahe Reallabore, um Vertrauen in Wasserstoff als zukünftigen Energieträger zu schaffen.
Im Mittelpunkt steht das Testgelände für Technische Sicherheit, das mit 12 km² zu den umfassendsten europäischen Einrichtungen für Sicherheitstests im Realmaßstab zählt. Dazu gehören eine Wasserstofftankstelle, Wasserstoffnetze im Reallabormaßstab, Prüfstände für Kryotechnik, Brand- und Explosionsversuche sowie eine im Bau befindliche Anlage zur Druckbehälterprüfung. Die Infrastruktur ermöglicht Freistrahlversuche, Jetflame-Tests sowie Untersuchungen für 1000-bar-Systeme.
Im Reallabor Wasserstoffnetze werden Materialien, Gasqualitäten, dynamische Strömungsszenarien und Komponenten unter realistischen und kritischen Bedingungen untersucht, um die sichere Integration von Wasserstoff in bestehende und neue Pipelineinfrastrukturen zu ermöglichen. Parallel dazu schafft das Reallabor Wasserstofftankstelle die Grundlage für neue digitale Methoden der Qualitätsinfrastruktur von Sensornetzwerken über Echtzeit-Datenerfassung bis zur Anlagenüberwachung. Ein Beispiel ist die Optimierung von Betankungsprozessen mittels Digital Twin, die eindrucksvoll demonstriert, wie die Sicherheit bei Schnellbetankungen aufgezeigt werden kann.
Mit Blick auf die Zukunft adressiert die BAM zudem die Sektorenkopplung. Datengetriebene Ansätze, KI und digitale Zwillinge sollen den sicheren und effizienten Betrieb von Elektrolyse, Energiespeichern und Wasserstoffanwendungen vernetzt unterstützen.
Insgesamt zeigt die Präsentation, dass die BAM eine zentrale Institution für die sichere Transformation hin zu einer Wasserstoffwirtschaft ist - mit exzellenter Infrastruktur, praxisnahen Reallaboren und tiefgreifender Forschungskompetenz.
Solid electrolytes (SE) allow to employ alkali-metal negative electrodes (NE) in new cell concepts, increasing energy density and safety of batteries for stationary and portable applications. The aim of this research is to develop a novel NASICON (NA Super Ionic CONductor) electrolyte for room-temperature (RT) sodium-sulfur (Na-S) cells employing a liquid sodium-potassium (Na-K) alloy at the SE/NE interface. The Na-K alloy can improve the interfacial contact between the sodium-metal NE and the SE.
The development of flexible, safe, and sustainable Energy storage systems is critical for next-generation technologies, including wearable electronics, biomedical devices, and soft robotics. In this work, we provide a systematic investigation of sodium perchlorate-based water-in-salt (WIS) electrolytes embedded in polyacrylamide (PAM) hydrogels as a potential platform for deformable sodium-ion batteries or aqueous supercapacitors. Using Raman spectroscopy, we track the transition from free to intermediate water states with increasing salt concentration, identifying the onset of the WIS regime around 10 mol kg−1. Electrochemical measurements reveal that both the aqueous and hydrogel-based electrolytes exhibit a broadened electrochemical stability window (ESW) at higher salt concentrations, reaching up to 2.75 V. Impedance spectroscopy shows that while aqueous electrolytes achieve higher peak conductivity (156 mS cm−1), hydrogel-based electrolytes offer greater stability across a range of concentrations. This observation was supported by cyclic voltammetry, as it showed enhanced electrochemical stability of the PAM hydrogel compared to the aqueous electrolyte. This comprehensive and systematic study demonstrates that highly concentrated WIS electrolytes can be successfullyembedded into PAM hydrogels, while preserving good electrochemical stability and ionic conductivity. This could make them a promising foundation for all-hydrogel, sodium-based energy storage devices that are safe, sustainable, and mechanically compliant.
Der Vortrag behandelt den Einsatz von Künstlicher Intelligenz im gefahrgutrechtlichen Kontext und beleuchtet deren Potenzial zur Effizienzsteigerung in ressourcenlimitierten Umgebungen. Anwendungsfelder an der BAM umfassen die Datenanalyse zur Verpackungssicherheit, die Automatisierung von Zulassungs- und Genehmigungsprozessen, die Unterstützung bei der Mitarbeit an Normen und Regelwerken sowie die Bearbeitung komplexer Forschungsfragen.
Herausgestellt wird die wachsende Datenmenge und Komplexität in der Gremienarbeit (z. B. UN-Regelwerke), die manuelle Auswertung ineffizient macht. KI-gestützte Methoden wie LLM, RAG und Knowledge Graphs sollen digitale Qualitätsinfrastrukturen unterstützen, die Dokumenten- und Datenanalyse beschleunigen, ohne die menschliche Verantwortung für Sicherheitsbewertungen zu ersetzen.
Zentrale Herausforderungen sind die Black-Box-Natur von KI, mögliche Halluzinationen, sowie die Sicherstellung von Reliabilität und Compliance. Ein innovativer Ansatz wird für die wiederkehrende Prüfung von Gasdruckspeichern vorgestellt: Durch die Kombination zerstörungsfreier Prüfungen mit ML-gestützter Datenanalyse können Sicherheitsreserven ausgewiesen und Kosten deutlich reduziert werden.
