Neue Materialien zur Energiespeicherung: ERC Starting Grant für Tristan Petit
Dr. Tristat Petit erhält den ERC Starting Grant des Europäischen Forschungsrats für seine Forschung an einer neue Materialklasse: Die so genannten MXene eignen sich für die Speicherung elektrischer Energie. © HZB/M. Setzpfandt
MXene sind 2D-Materialien, die Flocken aus vielen Schichten bilden (links) und sich als Pseudokondensatoren eignen. © HZB/M. Künsting
Dr. Tristan Petit erhält einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats und wird mit 1,5 Millionen Euro in den nächsten fünf Jahren gefördert. Der Materialforscher untersucht damit eine neue Materialklasse für die Speicherung elektrischer Energie, die so genannten MXene. Sie können extrem schnell große Mengen an elektrischer Energie speichern und abgeben. Damit könnten MXene neben Batterien und Superkondensatoren eine wichtige Rolle bei der Energiespeicherung spielen. Der ERC Starting Grant ist eine der wichtigsten europäischen Auszeichnungen.
Eine klimaneutrale Energieversorgung, die auf Solar- und Windenergie setzt, muss mit effizienten Energiespeicherlösungen kombiniert werden. Die Materialklasse der MXene, die erst 2011 entdeckt wurde, besitzt besonders interessante Eigenschaften. MXene könnten sehr schnell große Mengen elektrischer Energie speichern und damit künftig neben klassischen Elektrobatterien (langsam beim Laden und Entladen) und Superkondensatoren (schnell, wenig Energie) eine Rolle bei der Energiespeicherung spielen.
Speicherlösungen für die Energiewende
„Die Eigenschaften der MXene sind nicht nur wissenschaftlich äußerst spannend, sondern versprechen auch einen Beitrag zur Bewältigung der Energiewende. Ich freue mich sehr, dass ich mit dem ERC-Starting Grant die Möglichkeit habe, ihre Funktionsweise zu verstehen und diese Materialien weiterzuentwickeln“, sagt Tristan Petit.
Dabei konzentriert er sich auf MXene, die aus zweidimensionalen Flocken aus Metallkarbid und Nitrid bestehen. Sie lassen sich wie Blätterteig übereinander stapeln. Zwischen den Schichten finden elektrochemische Reaktionen statt. Welche das sind und wie diese Reaktionen genau ablaufen, will Petit nun in seinem geförderten Projekt NANOMXM („Nanoscale Chemical Imaging of MXene Electrochemical Storage by Operando Scanning X-ray Microscopy) herausfinden.
Analysen an BESSY II
„Das weiche Röntgenlicht von BESSY II eignet sich besonders gut dazu, um photo- und elektrochemischen Prozesse in Nanomaterialien zu untersuchen. Wir entwickeln die Messinstrumente und Methoden dafür stetig weiter“, erklärt Petit.
An BESSY II will er die Prozesse an den Grenzflächen zwischen den MXene-Flocken und einem flüssigen Elektrolyten in realitätsnaher Umgebung (in-Situ) und während des Betriebs (in-Operando) analysieren. Neben vielfältigen Methoden der Röntgenspektroskopie wird er insbesondere die Raster-Transmissions-Röntgenmikroskopie (STXM) einsetzen. Dafür wird Petit eine elektrochemische Zelle entwickeln, anhand deren sich die MXene Eigenschaften untersuchen lassen.
„Wir gratulieren Tristan Petit herzlich zu seinem Forschungsvorhaben, das sich hervorragend an BESSY II durchführen lässt und sich perfekt in unsere Energieforschung integriert. Wenn es im Lauf des Projekts gelingt, elektrochemische Reaktionen in den MXenen abzubilden und dieses Verständnis für die Weiterentwicklung der Materialien zu nutzen, ist dies ein großer Fortschritt“, sagt Prof. Dr. Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB.
Zur Person
Tristan Petit studierte unter anderem an der ETH Zürich und promovierte an der Ecole Normale Supérieure de Cachan in der Nähe von Paris. Nach Forschungsaufenthalten an der ETH Zürich und der CEA kam er 2013 mit einer Humboldt-Fellowship an das HZB. 2015 erhielt er eine Freigeist-Förderung der Volkswagen-Stiftung und baute eine eigene Nachwuchsforschergruppe zu kohlenstoffbasierten Nanomaterialien am HZB auf. Gemeinsam mit seinem Team entwickelte er die Idee für das EU-Projekt NANOMXM und führte auch erste Experimente zu MXenen durch.
Weitere Informationen:
Dieses Projekt wird durch den European Research Council (ERC) im Rahmen des Horizont 2020 Programms gefördert (No 947852).
Resultate aus der Gruppe Petit zu MXenen: Schnell und stark: Neue 2D-Materialien mit Talent zur Energiespeicherung"
- HZB gewinnt für Recruiting-Kampagne den HR Energy Award 2025Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) geht neue Wege, um talentierte junge Menschen für eine IT-Ausbildung zu gewinnen. Für die Kampagne „Go for IT! Mit Recruitainment zur IT-Ausbildung“ wurde das HZB mit dem diesjährigen HR Energy Award ausgezeichnet. Mit Gamification-Elementen lässt sich der Bewerbungsprozess für junge Menschen attraktiver und fairer gestalten.
- Langzeit-Stabilität von Perowskit-Solarzellen deutlich gesteigertPerowskit-Solarzellen sind kostengünstig in der Herstellung und liefern viel Leistung pro Fläche. Allerdings sind sie bisher noch nicht stabil genug für den Langzeit-Einsatz. Nun hat ein internationales Team unter der Leitung von Prof. Dr. Antonio Abate durch eine neuartige Beschichtung der Grenzfläche zwischen Perowskitschicht und dem Top-Kontakt die Stabilität drastisch erhöht. Dabei stieg der Wirkungsgrad auf knapp 27 Prozent, was dem aktuellen state-of-the-art entspricht. Dieser hohe Wirkungsgrad nahm auch nach 1.200 Stunden im Dauerbetrieb nicht ab. An der Studie waren Forschungsteams aus China, Italien, der Schweiz und Deutschland beteiligt. Sie wurde in Nature Photonics veröffentlicht.
- Energie von Ladungsträgerpaaren in Kuprat-VerbindungenNoch immer ist die Hochtemperatursupraleitung nicht vollständig verstanden. Nun hat ein internationales Forschungsteam an BESSY II die Energie von Ladungsträgerpaaren in undotiertem La₂CuO₄ vermessen. Die Messungen zeigten, dass die Wechselwirkungsenergien in den potenziell supraleitenden Kupferoxid-Schichten deutlich geringer sind als in den isolierenden Lanthanoxid-Schichten. Die Ergebnisse tragen zum besseren Verständnis der Hochtemperatur-Supraleitung bei und könnten auch für die Erforschung anderer funktionaler Materialien relevant sein.