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Selbstheilende Polymere bieten die einmalige Möglichkeit,
einen mechanischen Schaden zu heilen. Diese Phänomen
kann zur Nachhaltigkeit der Werkstoffkette beitragen und
die Lebensdauer von funktionalen Materialien verlängern.
In verschiedenen Projekten wird dieses Phänomen
untersucht. Hierbei werden vor allem Metallopolymere
genutzt, wobei die einzelnen Polymerstränge durch Wech-
selwirkung mit Metallionen vernetzt sind. Diese Metall-
komplexe ermöglichen die Selbstheilung durch thermisch
induzierte Dekomplexierung. Diese Reaktion erhöht die
Flexibilität und ermöglicht schlussendlich die Rissschlie-
ßung. Im Rahmen der laufenden Projekte wird hierbei un-
tersucht, welchen Einfluss verschiedene Metallsalze auf
den Selbstheilungsprozess haben. Zur Bindung der Metall-
ionen werden verschiedene Liganden (z. B. Terpyridin und
das von der Natur inspirierte Histidin) in die Polymerseiten-
ketten integriert [5-6].
FORSCHUNG — 39
Selbstheilende Polymere
Die JenaBatteries GmbH wurde 2012
von einem interdisziplinären Team
von Forschern der Friedrich-Schiller-
Universität Jena um Prof. Dr. Ulrich S.
Schubert gegründet. Das Unterneh-
men hat sich seitdem von einem
universitären Start-Up zu einem maß-
geblichen Entwickler moderner Ener-
giespeicher entwickelt. Der Schwer-
punkt ist dabei auf sichere, skalierba-
re, stationäre Redox-Flow-Batterien
gerichtet. Das Unternehmen verfolgt
eine Strategie, bei der die drei signifi-
kanten Probleme der Forschung an
stationären Batterien adressiert wer-
den: Kosten, Rohstoffsicherheit und
Umweltfreundlichkeit.
Hierbei greift die JenaBatteries
GmbH nicht auf bedenkliche (Schwer-)
metallhaltige Batterielösungen zurück,
sondern entwickelt eine revolutionäre
Redox-Flow-Batterie, die organische
Polymere als Aktivmaterial einsetzt
(pRFB). Die Aktivmaterialien sind me-
tallfrei, sodass keine Minen zum Ab-
bau seltener Metalle mehr nötig sind.
Die neuen, polymerbasierten Aktivma-
terialien nutzen hierbei massenhaft
vorkommende Elemente, wie Kohlen-
stoff, Wasserstoff, Sauerstoff und
Stickstoff und können in Deutschland
hergestellt werden.
Die neuen Batterien ermöglichen
erstmals die besonders kostengünsti-
ge Speicherung von Strom aus erneu-
erbaren Quellen und adressiert den
Bedarf an stationären Energiespei-
chern unterschiedlichster Größe –
von der Solaranlage auf einem Ein-
familienhaus bis zum industriellen
Windpark. Somit kann die innovative
Technologie entscheidend zum flä-
chendeckenden Ausbau grundlastfä-
higer Stromerzeugung aus Wind- und
Solarparks und folglich zur Verminde-
rung des CO
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-Fußabdrucks der Strom-
produktion beitragen.
Durch die Verwendung organi-
scher Polymere als Aktivmaterial und
das einfach größenskalierbare Kon-
zept können Investvollkosten von
weniger als 500 Euro/kWh und folg-
lich die Kostenführerschaft für statio-
näre Batterien erreicht werden.
Auf universitärer Seite wird in-
tensiv an einer Reihe von neuen
Elektrolyten gearbeitet – die schon
bestehenden Forschungsarbeiten auf
dem Feld der druckbaren Metall-
freien Batterien erweiternd.
Abb. 3. Das Herzstück der neuartigen Redox-Flow-Batterie. Foto: AG Schubert
Abb. 2. Darstellung des Selbstheilungsverhalten von
Metallopolymeren vernetzt durch Terpyridin-Mangan-Komplexe:
a) Film mit Riss und b) Selbstheilung nach Tempern für
17 Stunden bei 100 °C. Für Beispiele siehe [5].
Ausgründung JenaBatteries GmbH: Entwicklung stationärer Redox-Flow-Batterien auf Polymer-Basis
[5] Bode S., et al. (2013): Self-healing polymer coatings based on crosslinked
metallosupramolecular copolymers. Adv. Mater., 25, 1634. DOI: 10.1002/
adma.201203865.
[6] Enke M., et al. (2015): Self-healing response in supramolecular polymers
based on reversible zinc–histidine interactions. Polymer, 69, 274. DOI:
10.1016/j.polymer.2015.03.068.