Greifswalder Plasmaforscher erforschen Nanomaterialien für effiziente Energiespeicherung

Im Januar startete das von der Leibniz-Gesellschaft mit 1,3 Mio. 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. Plasmen sind ionisierte Gase, die auf Grund ihrer einzigartigen physikalischen Eigenschaften neue Möglichkeiten für die Nanotechnologie und für die Erzeugung von Werkstoffen auf atomarer Ebene bieten. „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 Dr. 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 Dr. 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.

Stichwort Plasma

Plasma ist ein (teilweise) ionisiertes Gas, welches aufgrund seiner elektrischen Leitfähigkeit eine Reihe besonderer Eigenschaften aufweist. Wenn auch natürliche Plasmen auf der Erde auf solch exotische Phänomene wie z.B. Blitze oder Nordlichter beschränkt sind, befinden sich 99% der sichtbaren Materie im Universum im Plasmazustand, darunter unsere Sonne und die Sterne. Solche Sternenplasmen werden in Experimenten zur Fusionsforschung auf der Erde nachempfunden. Neben diesem sehr heißen Plasma können technisch auch kalte Plasmen erzeugt werden, für vielfältige Anwendungen in der Oberflächen- und Dünnschichttechnologie oder auch in der Medizintechnik.