Nanomaterialien als Energiespeicher

Im Januar startete das von der Leibniz-Gesell­schaft mit 1,3 Millionen Euro geförderte Forschungs­vorhaben CarMON (New Carbon-Metal Oxide Nano­hybrids for Efficient Energy Storage and Water Desalination). Das Projekt zur Erforschung neuer effi­zienter Energie­speicherung und Wasser­entsalzung wird in einer Zusammen­arbeit des Leibniz-Institutes für Plasma­forschung und Techno­logie e.V. INP mit dem Leibniz-Institut für Neue Materia­lien Saarbrücken und dem Max-Planck-Institut für Eisen­forschung GmbH Düssel­dorf realisiert.

Im Rahmen des Projekts wird die Her­stellung von Nano­materialien für die Energie­speicherung in Batterien erforscht. Ziel des Forschungs­verbundes ist es, die Struktur dieser Materialien mit charak­teristischen Teilchen­maßen in der Größe von einigen Milliardstel eines Meters in Zukunft präzise kontrol­lieren und repro­duzieren zu können. Dies ist eine Voraus­setzung, um solche Verfahren auf den indus­triellen Fertigungs­maßstab zu übertragen und Energie effi­zienter zu speichern. Damit ordnet sich das Projekt in die vielfältigen Forschungs­anstren­gungen einer effi­zienteren Nutzung von erneuer­baren Energie­quellen ein.

Viele der uns heute bekannten Nano­materialien werden in Her­stellungs­verfahren unter Verwendung physika­lischer Plasmen entwickelt. Die ioni­sierten Gase bieten neue Möglich­keiten für die Nano­technologie und für die Erzeugung von Werkstoffen auf atomarer Ebene. „In dieses Projekt können die Wissen­schaftler des INP ihre Exper­tise in der Aufklärung der Zusammen­hänge zwischen den im Plasma herr­schenden Bedingungen und dem erzeug­ten Material auf der Nano­skala einbringen“, erläutert Rüdiger Foest, Leiter des Forschungs­schwer­punktes Materialien und Ober­flächen. Die Energie und Konzen­tration der im Plasma erzeugten Atome, Ionen und Moleküle bestimmen im Prozess die Eigenschaften der entste­henden Nano­strukturen. Die Kenntnis dieser Zusammen­hänge ermöglicht Angela Kruth, Leiterin des Projekts, gemeinsam mit dem Projekt­team die erforder­lichen Strukturen oxidischer Nano­partikel gezielt herzu­stellen.

Die Industrie setzt hohe Erwartungen in Nano­technologie. Plasma­gestützte Prozesse ermöglichen hier spannende neue Wege. Für den Technologie­transfer können sie dringend not­wendige Türöffner der Zukunft darstellen. Das INP entwickelt aktuell auch Plasma­prozesse für die Erzeugung von Nano­partikeln und Nano­schichten, welche sich in technischen Kompo­nenten für die Energie­umwandlung aus rege­nerativen Energie­quellen wieder­finden. Das betrifft bedeut­same Techno­logien wie Brennstoff­zellen, Elektroly­seure und die Solar­technik. Zugleich stehen Hoch­techno­logien, wie unter anderem die Präzisions­optik, die Halbleiter­techno­logie oder die Synthese von biokompa­tiblen Materialien im Fokus der Forschungs­interessen des Instituts.

INP / JOL