Auf dem Weg zur Superbatterie

Der Europäische Forschungsrat vergibt den ERC Starting Grant für angehende Spitzenwissenschaftler an Xinliang Feng vom Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P).

Der in Mainz tätige Chemiker erhält damit für die kommenden fünf Jahre Fördergelder in Höhe von mehr als 1,5 Mio. Euro zum Aufbau einer eigenen Forschungsgruppe. Mit diesen Mitteln kann Feng die Erforschung zweidimensionaler Nanomaterialien fortsetzen und intensivieren. Solche nur aus einer Lage Atomen bestehenden Schichten, besitzen einzigartige Funktionen und kommen für eine Vielzahl praktischer Anwendungen infrage.

„Die wissenschaftliche Arbeit wird sich auf Materialien für Energiespeicherung und -umwandlung konzentrieren, aber nicht beschränken. Es ist abzusehen, dass die möglichen Anwendungsfelder viel weiter reichen“, erwartet Feng.

Materialsynthese auf Bestellung
Seit Feng 2004 am MPI-P seine Promotion antrat, beschäftigt er sich mit der Synthese und Untersuchung dieser ultradünnen Nanomaterialien, insbesondere von Graphen. Dieser Stoff aus einer Schicht wabenförmig angeordneter Kohlenstoffatome gilt als Versprechen für die Zukunft. Graphen leitet ausgezeichnet Strom und Wärme, es ist sehr leicht und dehnbar, aber dennoch so hart wie ein Diamant und einhundertmal reißfester als Stahl. Seine Eigenschaften variieren je nach Konfiguration und Struktur der Schicht.

Feng möchte verschiedene Graphenformen sowohl durch chemische Synthese als auch mit mechanischen Herstellungsverfahren gewinnen, um bewusst Eigenschaften auf Funktionen und damit die spätere Verwendung abstimmen zu können. Auch aus Metalloxiden, Polymeren und organischen Verbindungen möchte der Chemiker Syntheseverfahren für Nanoschichten mit maßgeschneiderten Funktionen entwickeln.

Nicht nur einzelne Lagen sind in diesem Zusammenhang für Feng interessant: Er wird auch an Methoden arbeiten, um mehrere zweidimensionale Schichten zu Kompositen, also Verbundwerkstoffen, zu kombinieren. Wiederum lassen sich so deren Eigenschaften gezielt vereinen. Theoretisch! Diese einfach anmutende Vorgehensweise erfordert in der Praxis erhebliches wissenschaftliches Know-How und Erfahrung. Einige erfolgversprechende Ergebnisse sind am MPI-P bereits erzielt worden: Der Forschungsgruppe um Direktor Klaus Müllen, der auch Feng angehört, gelang es u.a. eine Materialkomposition für weitaus leistungsfähigere Lithiumionenbatterien zu erzeugen.

Anstatt des Speichermaterials Graphit verwendeten die Wissenschaftler Metalloxide mit wesentlich höherer Ladungskapazität. Da diese aber nicht für den Langzeitgebrauch taugen, ummantelte man sie mit Graphen. Das Verfahren war mit einigen chemischen Tricks verbunden, aber die erreichte verlängerte Akkulaufzeit würden wohl nicht nur die zahllosen Nutzer von Handys und Notebooks als großen Fortschritt empfinden.

Grundlagenforschung praxisorientiert

Für Xinliang Feng war dies nur der Auftakt. Die Verfahren stehen erst am Anfang; sie müssen optimiert und standardisiert werden, um der neuen Stoffgruppe der zweidimensionalen Nanomaterialen den Sprung vom Hoffnungs- zum Leistungsträger innovativer Anwendungen zu ermöglichen. Der Europäische Forschungsrat (ERC) honorierte seine bisher erzielten Ergebnisse, bekundet damit aber auch Erwartungen für die Zukunft.

Der ERC Starting Grant ist eine der Förderlinien mit denen die EU im globalen Wettbewerb um Spitzenforscher wirbt und sie in der ersten Phase ihrer wissenschaftlichen Karriere beim Aufbau einer eigenen Forschungsgruppe unterstützt. Laut eigenen Angaben fördert der ERC 2012 über 500 Forscher und ihre Projekte mit Mitteln in Höhe von circa 800 Millionen Euro. Insgesamt hatten sich über 4.100 Wissenschaftler beworben.

Max-Planck-Institut für Polymerforschung

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Das 1984 gegründete Max-Planck-Institut für Polymerforschung (MPI-P) zählt zu den international führenden Forschungszentren auf dem Gebiet der Polymerwissenschaft. Durch die Fokussierung auf so genannte weiche Materie und makromolekulare Materialien ist das Max-Planck-Institut für Polymerforschung mit seiner Forschungsausrichtung weltweit einzigartig. Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter aus dem In- und Ausland arbeiten im Rahmen der Grundlagenforschung an der Herstellung und Charakterisierung von Polymeren und der Untersuchung ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften. Anfang 2012 waren insgesamt 503 Personen am MPI-P beschäftigt: Die Belegschaft setzte sich aus 109 Wissenschaftlern, 149 Doktoranden und Diplomanden, 70 Gastwissenschaftlern und 175 technischen und Verwaltungsangestellten sowie Hilfskräften zusammen.