Marcus Bernemann, Prof. Dr. Hans-Dieter Wiemhöfer, Mariano Grünebaum und Kerstin Schmale (von links nach rechts) Foto: WWU
Münster (upm), 22. November 2010
Münstersche Chemiker verzeichnen einen erfreulichen Zuwachs: Im Arbeitskreis von Prof. Dr. Hans-Dieter Wiemhöfer hat eine neue Abteilung, die sich mit der mikroskopischen Analyse von Batteriematerialien und Funktionskeramiken beschäftigt, ihre Arbeit aufgenommen. Ermöglicht wurde diese Erweiterung durch ein Kooperationsprojekt des Instituts für Anorganische und Analytische Chemie und des Instituts für Physikalische Chemie im Kompetenzverbund Elektrochemie Nord (KVN) und eine damit verbundene Förderung durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF).
"Die Erforschung von leitfähigen Materialien und ihrer Veränderung bei Stromfluss auf der Nanometerskala wird immer wichtiger für die Forschung an Funktionsmaterialien in der Elektronik, der Fotovoltaik und der Energiespeicherung", betont Projektmitarbeiterin Kerstin Schmale. Vor diesem Hintergrund sei die Ausstattung mit entsprechenden Analysegeräten besonders wichtig.
Das "technische Herz" der neuen Mikroskopieabteilung ist ein spezielles Rasterkraftmikroskop, das gemeinsam mit weiteren Großgeräten durch die KVN-Förderung angeschafft werden konnte. Mit Rasterkraftmikroskopen kann die Oberfläche der untersuchten Proben mit der erforderlichen hohen räumlichen Auflösung analysiert werden. Zudem können elektrochemische Untersuchungen im Nano-Maßstab durchgeführt werden. Beispiele sind die ortsabhängige Leitfähigkeit von typischen Elektrodenmaterialien und ihre Abhängigkeit von Nanostruktur und Zusammensetzung.
Im Fokus der Untersuchungen steht eine Vielzahl verschiedener Materialien und Funktionselemente, darunter unterschiedliche leitfähige Polymerschichten und Elektrodenmaterialien. Zudem untersuchen die Wissenschaftler auch Kompositsysteme und keramische, Ionen leitende Materialien. Allen gemeinsam ist ihre Nutzbarkeit für das immer wichtiger werdende Feld der Energiespeicherungssysteme. Die Arbeitsgruppe erhofft sich durch die neuen Analysemöglichkeiten einen differenzierten Einblick in die Abläufe von Reaktionen an sogenannten Dünnschichten und Oberflächen, die trotz ihrer kleinen Ausdehnung eine große Wirkung auf das Gesamtsystem haben.
Der "Grundstein" der Mikroskopieabteilung wurde im vergangenen Jahr mit dem Start eines vom Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi) geförderten Projekts zur Entwicklung optimierter Sauerstoffionen leitender Keramiken gelegt. Damals wurde das erste Rasterkraftmikroskop angeschafft. Ziel des deutschlandweiten Verbund-Projektes "MEM-OXYCOAL" ist es, mit Keramiken eine Möglichkeit zu schaffen, Sauerstoff aus einem Gasgemisch mit möglichst hoher Effizienz herauszufiltern, beispielsweise zur Erzeugung von Reinsauerstoff aus der Luft oder zur Rückgewinnung von Sauerstoff aus Rauchgas in Kraftwerken. "Das Problem ist, dass fast alle gut Sauerstoffionen leitenden Materialien gleichzeitig sehr schnell mit dem Kohlendioxid aus der Luft und besonders in Kraftwerksabgasen reagieren und deshalb nicht mehr einsatzfähig sind", erklärt Kerstin Schmale. Durch eine mikroskopische und elektrische Analyse der Oberflächen können die Forscher beurteilen, ob eine Keramik eine hohe Durchlassrate für Sauerstoff hat und gleichzeitig möglichst wenig durch Abgase verändert wird.
Der Kompetenzverbund Nord (KVN) ist ein Zusammenschluss von Elektrochemikern und Batterieforschern der Universitäten Münster, Hannover und Bochum, der RWTH Aachen, des Düsseldorfer Max-Planck-Instituts für Eisenforschung sowie des Forschungszentrums Jülich. Ziel der Kooperation, die bereits im vergangenen Jahr ihre Arbeit aufgenommen hat, ist es, die Grundlagen für Batterien zu schaffen, die die (Hybrid-)Elektroautos der Zukunft antreiben. Im Rahmen des Konjunkturpakets II fördert das BMBF den Verbund mit elf Millionen Euro. Die beteiligten Arbeitsgruppen aus Münster um Prof. Dr. Dieter Wiemhöfer vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie und Prof. Dr. Martin Winter vom Institut für Physikalische Chemie haben zusammen etwas mehr als drei Millionen Euro erhalten. Aus diesen Mitteln konnte unter anderem nun die neue Mikroskopieabteilung aufgebaut werden. Sprecher des KVN ist Prof. Dr. Martin Winter, der auch das neue MEET-Batterieforschungszentrum an der Universität Münster leitet.