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"
- Neue Option, um Eigenschaften von Seltenerd-Elementen zu kontrollierenDie besonderen Eigenschaften von magnetischen Materialien aus der Gruppe der Seltenen Erden gehen auf Elektronen in der 4f-Schale zurück. Bislang galten die magnetischen Eigenschaften der 4f-Elektronen als kaum kontrollierbar. Nun hat ein Team von HZB, der Freien Universität Berlin und weiteren Einrichtungen erstmals gezeigt, dass durch Laserpulse 4f-Elektronen beeinflusst – und damit deren magnetische Eigenschaften verändert werden können. Die Entdeckung, die durch Experimente am EuXFEL und FLASH gelang, weist einen neuen Weg zu Datenspeichern mit Seltenen Erden.
- BESSY II zeigt, wie sich Feststoffbatterien zersetzenFeststoffbatterien können mehr Energie speichern und sind sicherer als Batterien mit flüssigen Elektrolyten. Allerdings halten sie nicht so lange und ihre Kapazität nimmt mit jedem Ladezyklus ab. Doch das muss nicht so bleiben: Forscherinnen und Forscher sind den Ursachen bereits auf der Spur. In der Fachzeitschrift ACS Energy Letters stellt ein Team des HZB und der Justus-Liebig-Universität Gießen eine neue Methode vor, um elektrochemische Reaktionen während des Betriebs einer Feststoffbatterie mit Photoelektronenspektroskopie an BESSY II genau zu verfolgen. Die Ergebnisse helfen, Batteriematerialien und -design zu verbessern.
- HZB-Magazin lichtblick - die neue Ausgabe ist da!Auf der Suche nach dem perfekten Katalysator bekommt HZB-Forscher Robert Seidel nun Rückenwind – durch einen hochkarätigen ERC Consolidator Grant. In der Titelgeschichte stellen wir vor, warum die Röntgenquelle BESSY II für sein Vorhaben eine wichtige Rolle spielt.