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.
- BESSY II: Eingebauter Sauerstoff verkürzt die Lebensdauer von FeststoffbatterienFeststoffbatterien sind sicher und leistungstark, aber ihre Kapazität nimmt zurzeit noch rasch ab. Ein Team der TU Wien, der Humboldt-Universität zu Berlin und des HZB hat nun eine TiS₂|Li₃YCl₆-Halbzelle an BESSY II analysiert. Dafür nutzte das Team eine spezielle Probenumgebung, die eine zerstörungsfreie Untersuchung unter realen Betriebsbedingungen ermöglicht. Durch die Kombination von Weich- und Hart-Röntgen-Photoelektronenspektroskopie (XPS und HAXPES) konnte ein neuer Degradationsmechanismus identifiziert werden. Dabei spielte das Element Sauerstoff eine besondere Rolle. Die Studie liefert wertvolle Einblicke, um Design und Fertigung von Feststoffbatterien zu verbessern.
- Spintronik an BESSY II: Echtzeit-Analyse von magnetischen DoppelschichtsystemenSpintronische Bauelemente ermöglichen Datenverarbeitung mit deutlich weniger Energieverbrauch. Sie basieren auf der Wechselwirkung zwischen ferromagnetischen und antiferromagnetischen Schichten. Nun ist es einem Team von Freier Universität Berlin, HZB und Universität Uppsala gelungen, für jede Schicht separat zu verfolgen, wie sich die magnetische Ordnung verändert, nachdem ein kurzer Laserpuls das System angeregt hat. Dabei konnten sie auch die Hauptursache identifizieren, die für den Verlust der antiferromagnetischen Ordnung in der Oxidschicht sorgt: Die Anregung wird von den heißen Elektronen im ferromagnetischen Metall zu den Spins im Antiferromagneten transportiert.
- Elektrokatalysatoren: Ladungstrennung an der Fest-Flüssig-Grenzfläche modelliertWasserstoff spielt für die Wende hin zur CO₂-Neutralität eine entscheidende Rolle, sowohl als Energieträger als auch als Ausgangsstoff für die grüne Chemie. Die großtechnische Erzeugung von Wasserstoff durch Elektrolyse sowie vieler anderer chemischer Produkte erfordert jedoch deutlich kostengünstigere und effizientere Katalysatoren. Um Elektrokatalysatoren gezielt zu verbessern, ist es von großem Nutzen, die elektrochemischen Prozesse genau zu verstehen, die an der Grenzfläche zwischen dem festen Katalysator und dem flüssigen Medium ablaufen. Ein europäisches Team hat In der Fachzeitschrift Nature Communications ein leistungsfähiges Modell vorgestellt, das die Ladungstrennung an der Grenzfläche, die Bildung der elektrischen Doppelschicht sowie deren Einfluss auf die katalytische Aktivität hervorragend beschreibt.