Kompetenzfeld
Energie-MaterialienInnovative Energiespeicher & nachhaltige Materialkreisläufe
Neue Energiespeichersysteme und Schlüsseltechnologien treiben die Energiewende voran: Wir erforschen Batteriematerialien, Elektrolyte sowie Wasserstoff- und CO₂-Kreisläufe und entwickeln geschlossene Materialkreisläufe für eine nachhaltige Energieversorgung.
Nachhaltig. Recycelt. Ressourcenschonend.
Nachhaltige Energie- und Ressourcenkreisläufe
Das Kompetenzfeld 4 fungiert als Querschnittsbereich, der neue Energiespeichersysteme und Schlüsseltechnologien für eine nachhaltige Energieversorgung erforscht und deren praktische Anwendung vorantreibt. Es konzentriert sich auf die Entwicklung, Integration und Erprobung von Energie- und Batteriematerialien über Elektrolyte bis hin zu Wasserstoff- und CO₂-Kreisläufen und sorgt dafür, dass dabei geschlossene Materialkreisläufe entstehen.
Zentraler Bestandteil der Arbeit sind Demonstratoren, die Experimente ermöglichen, aus denen Daten gewonnen werden. Die gewonnenen Daten wiederum fließen in Simulationen und Berechnungen zurück. So können die Auswirkungen verschiedener Materialien und Fertigungsprozesse auf die Leistung und Nachhaltigkeit der Energiespeicher bewertet werden. Das Kompetenzfeld deckt die gesamte Bandbreite von Grundlagenforschung über Materialanalyse (2D/3D/4D) und nachhaltige Elektrodenherstellung bis hin zu Recycling, Trennungstechnologien und Industrie-4.0-Anwendungen ab. Daraus werden wichtige Erkenntnisse für andere Kompetenzfelder und die Industrie bereitgestellt.
Unser Beitrag zur Energiewende
Demonstratoren aufbauen
Prototypen entwickeln
Kennzahlen erhalten & zurückgeben
Simulationen erstellen
Nachhaltige Kreisläufe erschaffen
Wer an der Zukunft der Energie arbeitet
In diesem Kompetenzfeld bündeln renommierte Forschende der Universität des Saarlandes ihr Know-how. Gemeinsam entwickeln sie neue Wege, Energie effizient zu speichern und Materialien nachhaltig zu nutzen.
Prof. Dr.-Ing. Markus Gallei
(UdS)
Prof. Dr.-Ing. Markus Gallei leitet den Lehrstuhl für Polymerchemie an der Universität des Saarlandes (UdS) und beschäftigt sich mit Polymeren, die auf externe Reize schaltbar und worüber die Materialeigenschaften gezielt steuerbar sind. Seine Forschung beschäftigt sich mit dem Design und der Verarbeitung von intelligenten Polymerarchitekturen, Polymerpartikeln und Metallpolymeren für Anwendungen in den Bereichen der Sensoren, Oberflächenbeschichtungen, Membranen und poröse Trennsysteme (Carbon Capture, negative Emissionen, Sorption perflourierter Verbindungen u.v.a.). Außerdem ist Prof. Dr.-Ing. Markus Gallei seit 2021 zusammen mit Prof. Dr. Presser geschäftsführender Direktor des Saarland Zentrum für Energie-Materialien und Nachhaltigkeit (saarene).
Prof. Dr. Volker Presser
(UdS, INM – Leibniz-Institut für Neue Materialien gGmbH)
Als Professor für Energie-Materialien erforscht Prof. Dr. Volker Presser elektrochemische Materialien für nachhaltige Anwendungen. Zu diesen zählen die Energiespeicherung, Wasseraufbereitung und das Recycling. Sein Team beschäftigt sich mit der Entwicklung und Herstellung von nanoskaligen Hybrid- und 2D-Materialien, deren Eigenschaften gezielt geändert und optimiert werden können. Dabei deckt seine Forschung von der Materialsynthese und -charakterisierung bis hin zur Anwendung im Labormaßstab bzw. zum Technologietransfer in Kooperation mit der Industrie alle Bereiche ab. Am Leibniz-Institut für Neue Materialien (INM) leitet er die Forschungsabteilung Energie-Materialien. Seit 2021 ist er gemeinsam mit Prof. Dr.-Ing. Gallei geschäftsführender Direktor vom Saarland Zentrum für Energie-Materialien und Nachhaltigkeit (saarene).
Dr. Stefanie Arnold
(UdS)
Als Postdoktorandin an der Universität des Saarlandes forscht Dr. Stefanie Arnold an Elektrodenmaterialien für Lithium- und Natrium-Ionen-Batterien sowie an der Schnittstelle von Energie-, Wasser- und Recyclingforschung. Ziel ihrer Arbeit ist es, Elektrodenmaterialien für Energiespeicher zu optimieren und zugleich ihr Potenzial für Wasseraufbereitungsprozesse zu erschließen. Ein besonderes Anliegen sind ihr Nachhaltigkeit und Kreislaufwirtschaft, insbesondere die Wiederverwertung von Elektrodenmaterialien und die Rückgewinnung strategischer Elemente wie Lithium. In enger Zusammenarbeit mit Industriepartnern überführt sie ihre Forschungsergebnisse in die praktische Anwendung.
Veröffentlichungen
Advances in Stimuli-Responsive Organic Materials and Polymers toward Intelligent CO2 Capture
Zhou, J., Deissenroth-Uhrig, M., & Gallei, M. (2026). Advances in Stimuli-Responsive Organic Materials and Polymers toward Intelligent CO2 Capture. Advanced Functional Materials. https://doi.org/10.1002/adfm.202520959
Competing ion effects and electrolyte optimization for electrochemical lithium extraction from spent lithium iron phosphate battery cathodes.
Arnold, S., & Presser, V. (2025). Competing ion effects and electrolyte optimization for electrochemical lithium extraction from spent lithium iron phosphate battery cathodes. Energy Advances, 4(9), 1114–1129.
Iron-Loaded Carbon Spherogels as Sustainable Electrode Materials for High-Performance Lithium-Ion Batteries
Borhani, S., Thao, L. T., Zickler, G. A., Quade, A., Elsaesser, M. S., Presser, V., & Arnold, S. (2026). Iron-Loaded Carbon Spherogels as Sustainable Electrode Materials for High-Performance Lithium-Ion Batteries. Chemistry of Materials, 38(5), 2237–2252.
Forschung beginnt
mit einer guten Frage.
Was sind elektrochemische Materialien?
Elektrochemische Materialien dienen als Grundlage vieler moderner Technologien und sind Stoffe, die elektrische Energie in chemische Energie umwandeln und umgekehrt. Durch die Umwandlung der Energie ermöglichen sie z.B. das Speichern von Strom in Energiespeichersystemen, die Erzeugung von Wasserstoff mit Hilfe von Elektrolyseuren oder auch die Entfernung von Schadstoffen aus Wasser. Ziel der Forschung ist es, diese Materialien z.B. durch Nanostrukturen, Ressourcenschonende Herstellung oder Recycling effizienter, langlebiger und nachhaltiger zu machen.
Wie wird Wasserstoff hergestellt?
Wasserstoff kann auf verschiedene Weisen hergestellt werden. Am umweltfreundlichsten ist die Elektrolyse, bei der Wasser mithilfe von Strom in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird. Kommt der Strom aus erneuerbaren Quellen wie Sonne oder Wind, spricht man von grünem Wasserstoff – er ist völlig CO₂-frei.
Eine weitere Methode ist die Dampfreformierung von Erdgas, bei der Wasserstoff entsteht, aber auch CO₂ freigesetzt wird. Wird das CO2 in die Atmosphäre freigesetzt spricht man von grauem Sauerstoff. Wird das CO₂ durch Carbon Capture and Storage (CCS) abgeschieden und gespeichert nennt man ihn auch blauem Wasserstoff. Durch die Abscheidung des CO₂ wird dieses weniger umweltschädlich.
Zudem gibt es biologische Verfahren oder spezielle chemische Prozesse, die Wasserstoff aus Biomasse oder Wärme erzeugen.
Was ist ein Elektrolyseur und wie funktioniert dieser?
Ein Elektrolyseur ist ein Gerät, das Wasser (H2O) unter der Verwendung von Strom zu seinen Bestandteilen aufspaltet. An der Anode (+) des Elektrolyseurs entsteht Sauerstoff (O2) und an der Kathode (-) Wasserstoff (H2). Der Sauerstoff wird oft in die Luft abgegeben, während der Wasserstoff entweder gespeichert oder direkt genutzt wird. Diesen Prozess, bei dem elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird nennt man Elektrolyse.
Was ist Carbon Capture and Storage?
Carbon Capture and Storage (CCS) bedeutet auf Deutsch Kohlenstoffabscheidung und Speicherung oder auch CO2-Sequestrierung. Dabei wird das CO2 direkt an der Quelle (z.B. Kraftwerk) oder aus der Umwelt abgeschieden, aufbereitet, komprimiert und zu einem unter der Erde liegenden Speicher transportiert. Das gespeicherte CO2 soll dort dauerhaft gespeichert werden und so dem Klimaschutz dienen.
Welche Rolle spielen Demonstratoren in der Forschung?
Demonstratoren dienen dazu, zu zeigen, dass neue Technologien und Materialien auch im echten Einsatz funktionieren. Sie liefern wichtige Daten, helfen Prozesse zu optimieren und bereiten den Weg, damit Forschungsergebnisse direkt in die Industrie übertragen werden können.
Welche Materialien und Technologien stehen im Fokus?
Der Fokus der Forschung in Kompetenzfeld 4 liegt auf Batterietechnologien, der Materialanalyse (2D, 3D und 4D), nachhaltigen Elektrodenherstellung, Recycling, Trennungstechnologien und Carbon-Capture-Technologien.
Kann die Industrie mit dem Kompetenzfeld zusammenarbeiten?
Das Kompetenzfeld 4 arbeitet eng mit Unternehmen zusammen, um neue Energiespeichertechnologien und nachhaltige Materialien praxisnah zu entwickeln. Gemeinsam testen wir Lösungen in Demonstratoren und übertragen Forschungsergebnisse direkt in industrielle Anwendungen. Kontaktieren Sie uns, um gemeinsam Projekte zu realisieren.
Welche praktischen Anwendungen entstehen aus der Forschung?
Die Arbeit des Kompetenzfelds 4 führt zu konkreten Lösungen für Energiespeicherung, nachhaltige Materialkreisläufe und effiziente Recyclingverfahren. Von neuen Batteriematerialien über CO₂- und Wasserkreisläufe bis hin zu innovativen Herstellungsprozessen. Unsere Forschung liefert Technologien, die direkt in der Industrie eingesetzt werden können.
Wie kann ich EnFoSaar unterstützen?
Der Funke, der neue Ideen entzündet.
Lassen Sie uns gemeinsam die Zukunft gestalten!
Wir freuen uns auf Anregungen und Fragen.