Effiziente Energiespeicher im Fokus
Nachwuchswettbewerb „NanoMatFutur“: BMBF fördert Projekt von Dr. Matthias Elm mit rund 1,4 Millionen Euro
Dr. Matthias Elm wird im neu gegründeten Zentrum für Materialforschung (LaMa) der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) eine Nachwuchsgruppe aufbauen. Im Rahmen des Nachwuchswettbewerbs „NanoMatFutur“ des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) konnte sich der Nachwuchswissenschaftler mit seinem Projekt „NIKO – Nanostrukturierte Ionenleiter-Komposite als Schlüsselkomponenten für effiziente Energiespeicher- und -wandlertechnologien“ durchsetzen. Dr. Matthias Elm erforscht die Eigenschaften nanostrukturierter Komposit-Materialien für Anwendungen im Bereich der Sauerstoffmembranen und Lithiumionen-Batterien. Das BMBF fördert sein Projekt für die nächsten fünf Jahre mit rund 1,4 Millionen Euro.
Schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer Batterieelektrode (links) und einer Sauerstoffmembran (rechts) auf Basis der nanostrukturierten Komposit-Materialien.
Grafik: Dr. Matthias Elm
„Die Materialforschung hat als Querschnittstechnologie eine große Bedeutung“, so JLU-Präsident Prof. Dr. Joybrato Mukherjee. „Ich freue mich sehr darüber, dass die JLU mit der Nachwuchsgruppe von Dr. Elm weitere Impulse in diesem innovativen Forschungsgebiet setzen kann und gratuliere ihm herzlich zu diesem Erfolg.“
Sauerstoffmembranen und Lithiumionen-Batterien spielen in modernen Energiespeicher- und -wandlertechnologien eine entscheidende Rolle. Die Membranen dienen sowohl als Filter zur Herstellung von reinem oder auch chemisch aktiviertem Sauerstoff, der als Oxidationsmittel benötigt wird. Lithiumionen-Batterien werden in immer stärkerem Maße als Energiespeicher eingesetzt. Die Speichereigenschaften der Batterien zu verbessern und die Betriebstemperatur von Sauerstoffmembranen zu senken, sind hierbei wichtige Aufgaben. In beiden Anwendungen spielen sogenannte ionisch/elektronisch gemischte Leiter eine zentrale Rolle. Diese Materialien benötigen gleichzeitig eine sehr hohe ionische und auch elektronische Leitfähigkeit, was in einphasigen, homogenen Stoffen nur selten erreicht wird.
Die Entwicklung von mehrphasigen Komposit-Materialien, in denen gute Ionenleiter mit guten Elektronenleitern kombiniert werden, könnte eine deutliche Leistungssteigerung in beiden Anwendungsbereichen ermöglichen. Insbesondere die Eigenschaften der entstehenden Grenzflächen könnten hierbei der Schlüssel zum Erfolg sein.
Die Nachwuchsgruppe von Dr. Matthias Elm wird im Rahmen des Projektes neue Methoden zur Herstellung von Komposit-Materialien mit besonderen Transporteigenschaften entwickeln. Dazu werden die physikalischen Methoden der Mikro- und Nanostrukturierung auf ionenleitende Systeme übertragen. Insbesondere sollen die inneren Grenzflächen derart modifiziert werden, dass eine signifikant erhöhte Lithium-Speicherfähigkeit bzw. ein schnellerer Transport für Sauerstoff erreicht wird. In Zusammenarbeit mit Industriepartnern sollen mit Hilfe der Komposite Feststoffbatterien mit optimierten Kathodeneigenschaften sowie funktionstüchtige Sauerstoffmembrane mit reduzierter Betriebstemperatur realisiert werden.
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