2000 Quadratmeter großer Laborkomplex für die Erforschung neuer Energie-Materialien eröffnet
von links: Prof. Robert Schlögl, Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, Prof. Johanna Wanka, Prof. Otmar Wiestler, Dr. Jutta Koch-Unterseher, Thomas Frederking; Foto: HZB/D. Außerhofer
Bundesforschungsministerin, Prof. Johanna Wanka, zieht die letzten Schrauben fest. Damit ist die Verbindung zwischen BESSY II und dem Laborkomplex EMIL hergestellt. Foto: HZB/D. Außerhofer
Die wissenschaftliche Geschäftsführerin des HZB, Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, hob bei der Eröffnung hervor, dass das neue EMIL-Labor hervorragend die Forschung an Energie-Materialien mit den Möglichkeiten der Synchrotronquelle BESSY II verknüpft. Foto: HZB/D. Ausserhofer
Bundesforschungsministerin Prof. Johanna Wanka mit den Projektleitenden Prof. Robert Schlögl (MPG) und Prof. Simone Raoux (HZB). Foto: HZB/D. Ausserhofer
Die Gäste besichtigten nach der feierlichen Eröffnung die Laborräume von EMIL. Foto: HZB/D. Ausserhofer
Es ist geschafft: Mit dem Anschluss des EMIL-Labors an das Synchrotronlicht von BESSY II steht Forscherinnen und Forschern eine riesige Auswahl an Charakterisierungsmöglichkeiten zur Verfügung. Foto: HZB/D. Ausserhofer
Bundesforschungsministerin Prof. Johanna Wanka weihte gemeinsames Labor von Helmholtz-Zentrum Berlin und Max-Planck-Gesellschaft ein
Das Energy Materials In-Situ Laboratory, EMIL, ist nach drei Jahren Bauzeit vollendet. Der am Synchrotron BESSY II in Berlin-Adlershof angebaute neue Laborkomplexfür die Erforschung von Energie-Materialien ist am 31. Oktober 2016 im Beisein von Bundesforschungsministerin Johanna Wanka feierlich eröffnet worden. In dem neuen Labor, das einen unmittelbaren Zugang zum brillanten Licht des Elektronenspeicherrings BESSY II hat, wollen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zukünftig Materialien für die regenerative Energiegewinnung synthetisieren und analysieren. In den Aufbau des Labors wurden zirka 20 Millionen Euro investiert.
„Die hier gelebte Verbindung von exzellenter Energieforschung mit dem Betrieb einzigartiger Infrastrukturen schafft ein Forschungsumfeld mit besonderen Synergieeffekten und legt den Grundstein für neue und erfolgreiche Produkte“, sagte die Bundesforschungsministerin bei der feierlichen Eröffnung.
Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) und die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) haben das EMIL-Labor gemeinsam errichtet. In dem Forschungslabor CAT werden das Fritz-Haber-Institut der MPG und das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion katalytische Prozesse erforschen. Das HZB untersucht im Laborteil SISSY neue Dünnschichtmaterialien für Solarzellen, solare Brennstoffe, Thermoelektrika sowie Materialien für energieeffiziente Informationstechnologien/Spintronik. Die Erkenntnisse aus der Materialforschung sind ein zentraler Baustein für eine nachhaltige Energieversorgung.
Das Besondere an dem Laborkomplex: Die Materialsysteme können in Echtzeit und bei voller Funktionalität mit der Synchrotronstrahlung von BESSY IIin einem großen Energiebereich analysiert werden. Dabei reicht das Spektrum von weicher bis zu harter Röntgenstrahlung. Forscherinnen und Forscher können damit Prozesse und Phänomene sowohl an den Probenoberflächen (weiche Röntgenstrahlung) als auch in unterschiedlichen Tiefen der Schichten (harte Röntgenstrahlung) untersuchen.
Kombiniert mit einer Vielzahl modernster Analysemethoden, gewinnen Forschende unentbehrliche Erkenntnisse über die Eigenschaften und Prozesse in neuen Energie-Materialien. Diese Ergebnisse helfen, solche Materialien gezielt zu designen und bis zur Anwendungsreife weiterzuentwickeln. Auch Partner aus der Industrie können das Labor mit seinen teilweise weltweit einzigartigen Charakterisierungsmethoden nutzen und bekommen umfassende Betreuung durch die HZB-Experten vor Ort.
Die Materialforscherinnen und -forscher profitieren insbesondere von den Synthesemöglichkeiten, die das Labor bietet. Es stehen 20 unterschiedliche Beschichtungsverfahren zur Verfügung, mit denen sie die Energie-Materialien herstellen können. Die Materialen werden sofort nach der Synthese vollautomatisch im Ultrahochvakuum direkt zur Analysestation transferiert – und wieder zurück. Die Materialsysteme können so Schicht für Schicht hergestellt und charakterisiert werden.
„Mit EMIL können wir nun unsere Expertise in der kombinatorischen Materialsynthese ausbauen und Synthese und Analytik von Energie-Materialien noch besser verbinden", betont Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, wissenschaftliche Geschäftsführerin des HZB. Sie hebt die Bedeutung hervor, die EMIL im Rahmen der HZB-Strategie 2020+ hat: "Der neu errichtete EMIL-Komplex spiegelt wieder, wofür das HZB steht: unsere Forschung an Energie-Materialien verknüpfen wir mit den Möglichkeiten, die uns die Synchrotronquelle BESSY II bietet."
Prof. Robert Schlögl, Direktor am Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft sowie am Max-Planck-Institut für chemische Energiekonversion, betont „EMIL ist ein wichtiger Meilenstein auf dem Weg zum Verständnis von Elektrodenmaterialien in der Wasserspaltung“.
In den Aufbau von EMIL wurden zirka 20 Millionen Euro investiert. Das BMBF förderte den Bau mit 6,1 Millionen Euro aus der Innovationsallianz „Photovoltaik“. HZB und MPG brachten 6,5 respektive 7,6 Millionen Euro ein. Ergänzend wurden zusätzliche Mittel der MPG bereitgestellt sowie Mittel aus den strategischen Ausbauinvestitionen der Helmholtz-Gemeinschaft für die Einbindung von EMIL in die Helmholtz-Energy-Materials-Characterization-Platform (HEMCP).
Weiteres Material:
Fotogalerie mit Pressefotos
Video über das neue Hightech-Labor
Blog: Was können Forscherinnen im neuen EMIL-Labor erforschen? Antworten gibt es im HZBzlog.
- Batterieforschung mit dem HZB-RöntgenmikroskopUm die Kapazität von Lithiumbatterien weiter zu steigern, werden neue Kathodenmaterialien entwickelt. Mehrschichtige lithiumreiche Übergangsmetalloxide (LRTMO) ermöglichen eine besonders hohe Energiedichte. Mit jedem Ladezyklus wird jedoch ihre Kapazität geringer, was mit strukturellen und chemischen Veränderungen zusammenhängt. Mit Röntgenuntersuchungen an BESSY II hat nun ein Team aus chinesischen Forschungseinrichtungen diese Veränderungen erstmals experimentell mit höchster Präzision vermessen: Mit dem einzigartigen Röntgenmikroskop konnten sie morphologische und strukturelle Entwicklungen auf der Nanometerskala beobachten und dabei auch chemische Veränderungen aufklären.
- BESSY II: Neues Verfahren für bessere ThermokunststoffeUmweltfreundliche Thermoplaste aus nachwachsenden Rohstoffen lassen sich nach Gebrauch recyclen. Ihre Belastbarkeit lässt sich verbessern, indem man sie mit anderen Thermoplasten mischt. Um optimale Eigenschaften zu erzielen, kommt es jedoch auf die Grenzflächen in diesen Mischungen an. Ein Team der Technischen Universität Eindhoven in den Niederlanden hat nun an BESSY II untersucht, wie sich mit einem neuen Verfahren aus zwei Grundmaterialien thermoplastische „Blends“ mit hoher Grenzflächenfestigkeit herstellen lassen: Aufnahmen an der neuen Nanostation der IRIS-Beamline zeigten, dass sich dabei nanokristalline Schichten bilden, die die Leistungsfähigkeit des Materials erhöhen.
- Wasserstoff: Durchbruch bei Alkalischen Membran-ElektrolyseurenEinem Team aus Technischer Universität Berlin, Helmholtz-Zentrum Berlin, Institut für Mikrosystemtechnik der Universität Freiburg (IMTEK) und Siemens Energy ist es gelungen, eine hocheffiziente alkalische Membran-Elektrolyse Zelle erstmals im Labormaßstab in Betrieb zu nehmen. Das Besondere: Der Anodenkatalysator besteht dabei aus preisgünstigen Nickelverbindungen und nicht aus begrenzt verfügbaren Edelmetallen. An BESSY II konnte das Team die katalytischen Prozesse durch operando Messungen im Detail darstellen, ein Theorie Team (USA, Singapur) lieferte eine konsistente molekulare Beschreibung. In Freiburg wurden mit einem neuen Beschichtungsverfahren Kleinzellen gebaut und im Betrieb getestet. Die Ergebnisse sind im renommierten Fachjournal Nature Catalysis publiziert.