Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscherin der TU Bergakademie will neuartige Batterie aus Speicherchip-Material konzipieren

03.09.2013
Der Schritt von der Entwicklung revolutionärer Computerchips zur Konzipierung einer neuartigen Batterietechnologie kann manchmal ein recht kleiner sein:

Doktorandin Juliane Hanzig von der TU Bergakademie Freiberg forschte bis vor kurzem noch in der Landesexzellenzinitiative ADDE daran, die kristalline Struktur von Strontiumtitanat als Datenspeicher zu nutzen. Hierbei entdeckte die Naturwissenschaftlerin, dass sich diese chemische Verbindung von Strontium, Titan und Sauerstoff nicht nur über defektchemische Prozesse zum Speichern von Datenmengen eignet, sondern auch elektrische Energie in sich aufnimmt und speichert.


Forscherin Juliane Hanzig betrachtet im Labor ein dünnes Plättchen Strontiumtitanat.
TU Bergakademie Freiberg

Das hat Juliane Hanzigs Blick auf den Kristall nachhaltig verschoben und damit auch ihr Aufgabengebiet: Seit Anfang dieses Jahres ist die 26-jährige nun Teil der Forschergruppe „CryPhysConcept“ und findet mit ihren wissenschaftlichen Ergebnissen zu Strontiumtitanat nicht nur in einem international anerkannten Forschungsmagazin Beachtung. Auch ein Patent ist bereits eingereicht.

„Wir haben nachgewiesen, dass sich dieses Material als Energiespeicher eignet. Nun gilt es, die Idee in weiteren Schritten zu optimieren“, gibt sich Juliane Hanzig zuversichtlich. Dabei handelt die Forschung den Kristall Strontiumtitanat bislang eher als Datenspeicher der Zukunft. Anders als bei den bisherigen Materialien, die in Computerchips verbaut sind, werden die Daten hier nämlich nicht magnetisch eingelesen, sondern über elektrochemische Prozesse. Das lässt Speichermengen aber auch Auslesegeschwindigkeiten einer neuen Qualität erwarten und damit noch schnellere Computer.

Die Forscher am Institut für Experimentelle Physik der TU Bergakademie interessiert jedoch auch die Fähigkeit des Kristalls, Energie zu speichern, um daraus neuartige Batterien zu konzipieren: "Wir wollen nicht bereits bestehende Technologien verbessern, sondern komplett neue Konzepte entwickeln, also ganz neu denken", beschreibt Projektmanager Dr. Tilmann Leisegang den Freiberger Ansatz. So beschäftigt sich eine weitere Nachwuchsforschergruppe der Bergakademie mit dem Namen „PyroConvert“ derzeitig mit der Eigenschaft von Kristallen, die Umgebungswärme in elektrische Energie umzuwandeln.

Der Ansatz von Doktorandin Hanzig, die bereits während ihrer Diplomarbeit unter Betreuung von Prof. Dirk C. Meyer, der beide Forschergruppen leitet, an Strontiumtitanat forschte, unterscheidet sich davon: Sie möchte nichts umwandeln, sondern legt ein elektrisches Feld an den Kristall an und fügt ihm damit Energie zu, die er speichert. Hierbei ändert sich die Kristallstruktur des Oxids: Ist der Ausgangszustand von Strontiumtitanat kubisch, also einem Würfel ähnlich, verzerrt sich die Struktur des Kristalls durch das elektrische Feld und wird in seiner Symmetrie gebrochen. Es wandern sogenannte Sauerstoffvakanzen infolge des elektrischen Felds und verteilen sich neu. In Form dieser neuen Verteilung speichert der Kristall so die elektrische Energie. Dieses Forschungsergebnis hat Beachtung gefunden: Erst kürzlich erschien ein wissenschaftlicher Artikel dazu in der renommierten Forschungszeitschrift „Physical Review B“.

Ist Strontiumtitanat, das in der Natur nur äußerst selten zu finden ist und für technische Anwendungen synthetisch erzeugt werden kann, also nicht nur das Material für die Datenspeicher, sondern auch für die Energiespeicher der Zukunft? Eine Stärke des Kristalls liegt zumindest in seiner Umweltfreundlichkeit; er ist nicht toxisch. „Das Recycling wäre auch deswegen unkompliziert, weil das Batterie-Innere nur aus einem Material bestehen würde. Denn Strontiumtitanat fungiert sowohl als Anode, Kathode, Separator und Elektrolyt“, erklärt Hanzig. Ein weiterer Vorteil liegt in der chemischen und thermischen Stabilität der Batterie: „Sie kann also nicht erhitzen und brennen, wie zuletzt die Flugzeugbatterien bei Boeing.“ Nur den Speicherdichten sind bislang noch Grenzen gesetzt, doch das wird sich ändern, ist sich Hanzig sicher: „Ich bin optimistisch, dass da noch Luft nach oben ist.“

Die Forschergruppe „CryPhysConcept“ besteht seit dem Jahr 2012 an der TU Bergakademie Freiberg. Neun Wissenschaftler wollen hierbei mit Kristallphysik zum Zukunftskonzept elektrochemischer Energiespeicher beitragen – in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Technologiezentrum Halbleitermaterialien Freiberg, dem Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik Dresden und dem Kurt-Schwabe-Institut für Mess- und Sensortechnik Meinsberg. Das Projekt wird noch bis Ende 2015 durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.

Bastian Fermer | idw
Weitere Informationen:
http://www.tu-freiberg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Kleinste Teilchen aus fernen Galaxien!
22.09.2017 | Bergische Universität Wuppertal

nachricht Tanzende Elektronen verlieren das Rennen
22.09.2017 | Universität Bielefeld

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie