Leitfähiger Lehm wird zur Super-Elektrode

Lehm soll zur neuen Elektrode der Wahl für Batterien und Superkondensatoren werden, wenn es nach Yury Gogotsi vom College of Engineering der Drexel University http://drexel.edu  und seinem Team geht. Die Forscher haben ein Rezept für „leitfähigen MXen-Lehm“ (conductive MXene clay) entwickelt, der bei der Leitfähigkeit mit den derzeit verwendeten Metallen leicht mithalten kann.

Für Massenherstellung tauglich

„Sowohl die physikalischen Eigenschaften von Lehm, der aus zweidimensionalen Titancarbid-Partikeln besteht, als auch seine Leistungsmerkmale, scheinen ihn zu einem außergewöhnlich brauchbaren Kandidaten für die Verwendung in Stromspeichern wie Batterien oder Superkondensatoren zu machen“, meint Gogotsi.

„Das Verfahren, um den Lehm herzustellen, verwendet auch viel sicherere, leichter zugängliche Zutaten als jene, die wir früher verwendet haben, um MXen-Elektroden herzustellen.“

Ein weiterer Vorteil von Lehm ist, dass er ein hydrophiles (wasserliebendes) Material ist – und durch das Hinzufügen von Wasser formbar wird. Durch Ausrollen und Kneten lässt sich so eine sehr dünne Schicht des Leiters erzeugen.

Forscher Michel Barsoum erläutert: „Was wir entdeckt haben, ist ein zweidimensionales, geschichtetes Material, das auch Wasser liebt. Die Tatsache, dass wir die Elektroden jetzt schnell und effizient ausrollen können und keine Bindemittel oder leitfähigen Zusatzstoffe hinzufügen müssen, lässt dieses Material aus der Sicht der Massenherstellung sehr attraktiv erscheinen.“

Glücklicher Zufall bei der Herstellung

Die Entstehung des MXen-Lehms war jedoch nicht ganz beabsichtigt. Die Forscher wollten eigentlich nur den Produktionsprozess der bereits erprobten MXene leicht abwandeln, indem sie toxische Flusssäure durch Fluoride und Salzsäure ersetzten. Plötzlich erhielten sie Partikel, die sich mit Wasser ansaugten und dadurch eine lehmartige Konsistenz entwickelten.

„Wir erwarteten ein etwas anderes Material aus dem neuen Produktionsprozess gewinnen zu können – aber nicht so etwas“, freut sich Forscher Michael Ghidiu. „Wir haben einfach nur gehofft, MXene sicherer und billiger herstellen zu können, als etwas noch viel Besseres auf unserem Tisch gelandet ist.“