Wer erhält die mit 250 000 Euro dotierte Ehrung des deutschen Bundespräsidenten? Alle nominierten Wissenschaftler-Teams schlagen eine Brücke zwischen der Grundlagenforschung und der Anwendung in unserem Alltag.

Notebooks, Handys, Akku-Schrauber oder MP3-Player - ihnen geht dank Lithium-Ionen-Akkus nicht mehr so schnell der Saft aus. Die leistungsfähigen Batterien, die 1993 auf den Markt kamen, vervielfachten das Potenzial der Stromspeicherung.

Aber die Energieprotze haben einen gravierenden Nachteil: Überschreiten sie eine bestimmte Größe, dann enthalten sie so viel Energie, dass sie leicht explodieren können. Deshalb konnten sie bislang weder Autos versorgen noch Strom aus Wind und Sonne zwischenspeichern. Doch das soll sich ändern.

Im Großen zu ermöglichen, was im Kleinen längst gelingt, das ist das Motto der Arbeit von Dr. Andreas Gutsch, Dr. Gerhard Hörpel und Prof. Paul Roth. Sie entwickelten eine neuartige Technologie, um aus den kleinen Akkus nunmehr große, leistungsfähige, langlebige und sichere Lithium-Ionen-Batterien zu machen. Für diese Entwicklung, die in einer bislang einmaligen Kooperation der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) mit Universitäten und Wirtschaft gelang, wurden die drei Forscher für den Deutschen Zukunftspreis nominiert. Die Forscher verbesserten in den vergangenen 15 Jahren eine entscheidende Komponente des Lithium-Ionen-Akkus, den Separator. Separatoren bestehen aus halbdurchlässigen Membranen. Sie trennen in der Batterie Minus- und Pluspol. Bisher steckte in den Lithium-Ionen-Akkus eine Kunststofffolie, die aber bei Temperaturen über 140 Grad Celsius schmilzt - in einer Stichflamme entlädt sich dann die gesamte Energie auf einen Schlag.

Der neue Separator besteht nun aus einem nur rund 20 Mikrometer dünnen, porösen, keramischen Material, das aus Nanopartikeln aufgebaut und äußerst temperaturstabil und robust ist. Die Folie, die wie Toilettenpapier aufgewickelt werden kann, eröffnet neue Anwendungsfelder.

Mit dieser Innovation können erstmalig Lithium-Ionen-Akkus als Großbatterien in Hybrid-Fahrzeugen eingesetzt werden. Die Vorteile, die dieser kombinierte Antrieb aus Verbrennungs- und Elektromotor bringt, lassen sich noch besser ausschöpfen, so die Nominierten. Der Benzinverbrauch könne bis zu 50 Prozent sinken - und mit ihm der Ausstoß an Schadstoffen und Kohlendioxid.

Neben Hybrid- und Elektrofahrzeugen ermöglichen Lithium-Ionen-Großbatterien auch die effizientere Nutzung von regenerativen Energiequellen. Mit ihnen kann Strom aus Wind oder Sonne, der gerade nicht gebraucht wird, optimal gespeichert werden. "Die stationäre Speicherung elektrischer Energie macht die regenerativ hergestellte Energie mit Wirkungsgraden oberhalb von 95 Prozent wieder verfügbar", so die Nominierten. Bei keiner anderen Technologie treten auch nur annähernd so geringe Umwandlungsverluste auf.

Zustande gekommen ist diese Innovation mit Förderung der DFG. Mitte der 1990er-Jahre begannen die beiden für die damalige Degussa AG (heute Teil von Evonik Industries AG) tätigen Forscher Andreas Gutsch und Gerhard Hörpel mit ihren Arbeiten zur Entwicklung neuartiger Nanopartikel, erläutert die DFG. Sie kooperierten schon damals mit Hochschulen, die auf diesem Gebiet Grundlagenforschung leisteten. "Diese Kooperationen mündeten 2000 in einem bis heute in Deutschland einmaligen Gemeinschaftsprojekt von Wirtschaft und Wissenschaft: dem ,Projekthaus Nanomaterialien'. In ihm arbeiteten - auf dem Gelände der Degussa AG in Hanau und von dieser und der DFG finanziert - Wissenschaftler der Degussa, der Universität Duisburg und sechs weiterer Hochschulen an der Erforschung und Entwicklung von Nanopartikeln", so die DFG. Eine der Früchte dieser einmaligen Projektpartnerschaft sind nun die für den Zukunftspreis nominierten Separatoren in den Lithium-Ionen-Batterien.

Ihnen sagen die Nominierten eine glänzende Zukunft voraus. Mit Lithium-Ionen-Batterien sollen im nächsten Jahrzehnt mehr als zehn Milliarden Euro umgesetzt werden, schreibt Evonik Degussa. Für eines sorgt diese Innovation schon jetzt: Sie belebt die Konkurrenz der Autobauer um den Antrieb für die Wagen der Zukunft. So wird neben dem Brennstoffzellenantrieb auch der Akku-Antrieb wieder attraktiv.