Das Großprojekt EMIL (Energy Materials In-situ Laboratory Berlin) soll bis Anfang 2015 neue Möglichkeiten für die Forschung an Energiematerialien schaffen
Das Helmholtz-Zentrum Berlin wird gemeinsam mit der Max-Planck-Gesellschaft ein neues dediziertes Röntgen-Strahlrohr an der Synchrotronquelle BESSY II bauen, welches für die Analyse von Materialien für die regenerative Energiegewinnung eingesetzt werden soll. Das neue Großprojekt wurde auf den Berlin-typischen Namen EMIL (Energy Materials In-situ Laboratory Berlin) getauft und beinhaltet unter anderem das bereits mit dem Namen SISSY angekündigte Großprojekt (Solar Energy Materials In-Situ Spectroscopy at the Synchrotron). Die Begutachtung von EMIL durch ein externes, vom wissenschaftlichen Beirat eingesetztes Gutachtergremium im September 2011 verlief sehr positiv und die Gutachter haben die Realisierung des EMIL-Projekts „enthusiastisch“ befürwortet.
In zwei Monaten muss der Aufsichtsrat des HZB noch grünes Licht für den Ausbau von EMIL geben. Der HZB-Projektleiter, Dr. Klaus Lips, ist mit den Ergebnissen sehr zufrieden: „In dem geplanten Labor werden wir besser als irgendwo sonst auf der Welt Materialherstellung und ultrapräzise Analyse von Schichteigenschaften ohne Unterbrechung des für die Synthese notwendigen Vakuums miteinander verbinden, um noch bessere Dünnschichtsolarzellen und Energiespeicher zu entwickeln.“
Mit EMIL wird somit ein weltweit einzigartiges Labor an BESSY II aufgebaut und betrieben werden, in dem mit Röntgenanalytik Materialien für die Photovoltaik und für photokatalytische Prozesse untersucht werden können. Dabei sollen drei Experimentierplätze aufgebaut werden, an denen Forscher Zugang zu weicher und harter Röntgenstrahlung (60 eV-10 keV) haben.
SISSY heißt der Messplatz, welcher in EMIL für Untersuchungen von Materialien der Photovoltaik zur Verfügung stehen soll. Die Forschung an Katalysatoren soll im gleichen Labor an einem weiteren Messplatz CAT@EMIL erfolgen, der von der MPG finanziert und aufgebaut wird. Beide Messplätze dienen überwiegend der Eigenforschung; jedoch soll trotzdem ein Drittel der Messzeit für externe Nutzer von Universitäten und Industrie zur Verfügung gestellt werden.
Der dritte geplante Messplatz im EMIL-Projekt (60to6), für den noch keine Finanzierung gefunden wurde, wäre hingegen vor allem für die externen Nutzer gedacht. Da die Beamline mit ihren hervorragenden Strahleigenschaften weltweit einzigartige Bedingungen für Materialuntersuchungen bietet, wird EMIL durch den Aufbau von 60to6@EMIL noch attraktiver für externe Forscher werden. Bis zu 80 Prozent der an 60to6 zur Verfügung gestellten Messzeit sollen Nutzer erhalten.
Der Aufbau von EMIL mit seinen Analysetools SISSY und CAT benötigt finanzielle Mittel in Höhe von etwa 18 Millionen Euro. Das HZB wird nach einem positiven Votum durch den Aufsichtsrat 6 Millionen Euro in EMIL investieren und die Max-Planck-Gesellschaft beteiligt sich mit weiteren 6,7 Millionen Euro. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) fördert den Bau der SISSY-Endstation mit 5,7 Millionen Euro aus der Innovationsallianz „Photovoltaik“.
„Dass wir EMIL gemeinsam mit der Max-Planck-Gesellschaft realisieren und für Forscher weltweit beste Analysebedingungen schaffen, wäre ohne die Fusion beider Zentren im Jahr 2009 nicht denkbar. Beim neuen Großprojekt EMIL wird der Gewinn der Fusion besonders sichtbar“, sagt Dr. Markus Sauerborn, Leiter der Stabsabteilung „Strategie und Programme“.
Um EMIL aufzubauen, werden umfangreiche Baumaßnahmen an BESSY II notwendig sein, über die wir Sie fortlaufend unterrichten werden.
Update: Im Dezember 2011 hat der Aufsichtsrat dem Projekt EMIL zugestimmt und damit grünes Licht für die Realisierung gegeben.
- Batterieforschung: Alterungsprozesse operando sichtbar gemachtLithium-Knopfzellen mit Elektroden aus Nickel-Mangan-Kobalt-Oxiden (NMC) sind sehr leistungsfähig. Doch mit der Zeit lässt die Kapazität leider nach. Nun konnte ein Team erstmals mit einem zerstörungsfreien Verfahren beobachten, wie sich die Elementzusammensetzung der einzelnen Schichten in einer Knopfzelle während der Ladezyklen verändert. An der Studie, die nun im Fachjournal Small erschienen ist, waren Teams der Physikalisch-Technischen Bundesanstalt (PTB), der Universität Münster sowie Forschende der Forschungsgruppe SyncLab des HZB und des Applikationslabors BLiX der Technischen Universität Berlin beteiligt. Ein Teil der Messungen fand mit einem Instrument im BLiX-Labor statt, ein weiterer Teil an der Synchrotronquelle BESSY II.
- Neues Instrument bei BESSY II: Die OÆSE-Endstation in EMILAn BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE) Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.