HZB stellt Forschung an Thermoelektrika vor
HZB-Gruppe bei der ICT/ECT2015. Von links nach rechts: Dr. Klaus Habicht (Leiter der Abteilung "Methoden zur Charakterisierung von Transportphänomenen in Energiematerialien"), Dr. Tommy Hofmann, Dr. Katharina Fritsch, Dr. Britta Willenberg, Dr. Katrin Meier-Kirchner
Die "International Conference on Thermoelectrics (ICT)" und die "European Conference on Thermoelectrics (ECT) " fanden in diesem Jahr vom 29.06.2015 bis zum 02.07.2015 in Dresden statt. Das HZB war bei diesem internationalen, multidisziplinären Treffen zum ersten Mal vertreten. Dabei präsentierte die HZB Abteilung "Methoden zur Charakterisierung von Transportphänomenen in Energiematerialien" um Dr. Klaus Habicht ihre Forschung mit zwei Vorträgen und einem Poster.
Dr. Tommy Hofmann präsentierte einen Vortrag zu den thermoelektrischen Eigenschaften von nanostrukturiertem Silizium, das im HZB über ein Ätzverfahren hergestellt und mittels makroskopischer Charakterisierungsmethoden und mikroskopischer Sonden untersucht wird. Dieses Material ist zurzeit von besonders großem Interesse, da Silizium im Gegensatz zu thermoelektrischen Materialien wie Bi2Te3 oder PbTe in der Natur reichlich vorhanden, nicht giftig und preiswert ist. Die Nanostrukturierung dieses einfachen Materials eröffnet neue Möglichkeiten, die thermoelektrische Effizienz des Materials zu erhöhen, indem zum Beispiel die thermische Leitfähigkeit durch künstlich eingebrachte Grenzflächen verringert wird. Die thermische Leitfähigkeit als makroskopische Größe ist wiederum mit dem Transport von Gitterschwingungen oder Phononen auf mikroskopischer Ebene verbunden, zu dem die Techniken der inelastischen Neutronenstreuung am Forschungsreaktor BER II des HZB einen idealen Zugang bieten.
In einem zweiten Vortrag gab Dr. Katharina Fritsch einen Überblick über die am HZB verfügbaren Methoden für die Forschung an Thermoelektrika und stellte beispielhaft ausgesuchte Forschungsprojekte der Abteilung vor. So wurden neben nanostrukturiertem Silizium Experimente zur Gitterdynamik und der elektronischen Bandstruktur in niedrig-dimensionalen thermoelektrischen Einkristallen sowie strukturelle Untersuchungen an Skutteruditverbindungen diskutiert.
Der Zusammenhang zwischen Struktur und Funktionalität in Skutteruditverbindungen war auch Thema des von Dr. Britta Willenberg präsentierten Posters mit dem Titel "Yb-filled skutterudites: a combined macroscopic and microscopic approach", welches die Ergebnisse eines Kooperationsprojekts der Abteilung mit dem Institut für Werkstoff-Forschung am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Köln vorstellte.
Insgesamt war die Konferenz eine gute Gelegenheit, Feedback zu unseren Forschungsprojekten zu erhalten und die experimentelle Infrastruktur sowie die Forschungsmöglichkeiten am HZB einem internationalen Publikum vorzustellen. Mit unserem Forschungsprogramm haben wir das Interesse von neuen möglichen Kooperationspartnern geweckt.
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- 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.