Künstliches Mottenauge als Lichtfänger
Rasterelektronenmikroskopie der Oberfläche vor der Pyrolyse (a) und nach der Pyrolyse (b und c). © EMPA
Forscher der EMPA bei Zürich und der Universität Basel haben an BESSY II eine photoelektrochemische Zelle untersucht, deren Oberfläche ähnlich wie ein Mottenauge strukturiert ist. So fängt sie deutlich mehr Licht ein, was Ausbeute an gewonnenem Wasserstoff erhöht. Für die Strukturierung verwendeten sie preiswerte Materialien wie Wolframoxid und Rost.
Die EMPA-Forscher Florent Boudoire und Artur Braun haben eine spezielle Mikrostruktur auf der Photoelektrode aufgebracht, die aus winzigen Partikeln von Wolframoxid besteht. Die gelben Kügelchen werden auf einer Elektrode aufgetragen und dann mit einer hauchdünnen Schicht Eisenoxid überzogen. Fällt Licht auf die Partikel, wird es mehrfach hin und her reflektiert, bis es absorbiert ist, und die gesamte Energie für die Spaltung von Wassermolekülen zur Verfügung steht.
Im Grunde funktioniere die neu erdachte Mikrostruktur wie das Auge einer Motte, erklärt Florent Boudoire: Die Augen von Nachtfaltern müssen viel Licht einsammeln – und dürfen so wenig wie möglich reflektieren, sonst wird der Falter entdeckt und gefressen. Die Mikrostruktur dieser Augen ist speziell auf die Wellenlänge des Lichts angepasst. Die Forscher sind in der Lage, die Prozessparameter für die Filmbildung so einzustellen, dass die optischen Eigenschaften der Struktur auf das Sonnenspektrum abgestimmt sind.
Das Forschungsteam aus der Schweiz hat am Röntgenmikroskop von BESSY II untersucht, welche chemischen Prozesse im Detail bei der Elektrodenherstellung nötig sind.
Zur Info der EMPA
Zur Publikation in Energy&Environmental Sciences
- Lithium-Schwefel-Batterien mit wenig Elektrolyt: Problemzonen identifiziertMit einer zerstörungsfreien Methode hat ein Team am HZB erstmals Lithium-Schwefel-Batterien im praktischen Pouchzellenformat untersucht, die mit besonders wenig Elektrolyt-Flüssigkeit auskommen. Mit operando Neutronentomographie konnten sie in Echtzeit visualisieren, wie sich der flüssige Elektrolyt während des Ladens und Entladens über mehrere Schichten verteilt und die Elektroden benetzt. Diese Erkenntnisse liefern wertvolle Einblicke in die Mechanismen, die zum Versagen der Batterie führen können, und sind hilfreich für die Entwicklung kompakter Li-S-Batterien mit hoher Energiedichte.
- Selbst organisierte Monolage verbessert auch bleifreie Perowskit-SolarzellenZinn-Perowskit-Solarzellen sind nicht nur ungiftig, sondern auch potenziell stabiler als bleihaltige Perowskit-Solarzellen. Allerdings sind sie auch deutlich weniger effizient. Nun gelang einem internationalen Team eine deutliche Verbesserung: Das Team identifizierte chemische Verbindungen, die von selbst eine molekulare Schicht bilden, welche sehr gut zur Gitterstruktur von Zinn-Perowskiten passt. Auf dieser Monolage lässt sich Zinn-Perowskit mit hervorragender optoelektronischer Qualität aufwachsen.
- Berliner Wissenschaftspreis geht an Philipp AdelhelmDer Batterieforscher Prof. Dr. Philipp Adelhelm wird mit dem Berliner Wissenschaftspreis 2024 ausgezeichnet. Er ist Professor am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) und leitet eine gemeinsame Forschungsgruppe der HU und des Helmholtz-Zentrums Berlin (HZB). Der Materialwissenschaftler und Elektrochemiker forscht zur Entwicklung nachhaltiger Batterien, die eine Schlüsselrolle für das Gelingen der Energiewende spielen. International zählt er zu den führenden Expert*innen auf dem Gebiet der Natrium-Ionen-Batterien.