Modernisierung der Röntgenquelle BESSY II
Antje Vollmer ist BESSY II-Sprecherin und Projektleiterin von BESSY II+ Projekt: „BESSY II stellt sich den wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen. Das positive Feedback der Nutzerinnen und Nutzer bestärkt uns darin!“ © HZB/M. Setzpfandt
Die 16. Edition des BESSY@HZB Nutzertreffens findet am 11.+12. Dezember 2024 in Berlin-Adlershof statt. 400 Teilnehmende tauschen sich über die Forschung an BESSY II aus. Dieses Jahr ist Rumänien das Ehrengastland. © HZB/M. Setzpfandt
Im Fokus des Nutzertreffens 2024: Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB) stellt das Upgrade-Programm BESSY II+ vor. Es ermöglicht, die Weltklasse-Forschung an BESSY II weiter auszubauen und neue Konzepte im Hinblick auf die Nachfolgequelle BESSY III zu erproben.
Jedes Jahr im Dezember lädt das HZB die Nutzerinnen und Nutzer der Röntgenquelle BESSY II zum fachlichen Austausch nach Adlershof. Dabei werden Forschungshighlights des Jahres präsentiert und die Wünsche der Nutzergemeinschaft hinsichtlich zukünftiger Entwicklungen diskutiert.
„Wir sind mit BESSY II im 27. Betriebsjahr“, sagt Antje Vollmer, BESSY II-Sprecherin. „Die Erwartungen der Nutzer und Nutzerinnen haben sich über die vielen Jahre verändert. Sie wünschen sich zusätzliche Infrastruktur, Labore nahe der Messplätze und haben hohe Ansprüche an die Probenumgebung. Auch die Forschungsinteressen haben sich gewandelt. Wir sehen zum Beispiel ein starkes Interesse an Batterie-Forschung und Energieumwandlungsprozessen.“
Hier setzt das BESSY II+ Projekt an. Das Ziel: BESSY soll ein „Operando Synchrotron für die Energiewende“ werden.
Eine Brücke in die Zukunft: das BESSY II+ Projekt
BESSY II+ beinhaltet neue Experimentier-Möglichkeiten vor allem für Operando-Untersuchungen. Diese ermöglichen beispielsweise, Batterien oder Solarzellen „bei der Arbeit“ zuzuschauen. Neben den neuen „Operando“-Möglichkeiten fokussiert sich das BESSY II+ Projekt auch auf die beiden Themen „Modernisierung“ und „Nachhaltigkeit“. Bei der Nachhaltigkeit geht es unter anderem um die Nutzung der Abwärme der Experimentierhalle von BESSY II. Auch maschinelles Lernen und künstliche Intelligenz werden in viele Prozesse verstärkt eingegliedert.
Förderung von BESSY II+
Im Rahmen des Modernisierungsprojekts hat das HZB eine zusätzliche Förderung des Ministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) bekommen. „Invest BESSY II+“ umfasst die wichtigsten Investitionen für das Projekt, das vom BMBF in Höhe von 17,45 Millionen Euro unterstützt wird. Diese Förderung sichert den Aufbau von neuen Infrastrukturen, wie zum Beispiel das Instrument SoTeXS, das steht für Soft-to-Tender-Röntgenspektroskopie. Damit wird ein umfassendes Konzept für operando, metrologische, multi-modale Experimente verfolgt, die für die Forschung an Batterien und Materialien für Energieanwendungen von großem Nutzen sein wird.
Antje Vollmer unterstreicht: „BESSY II stellt sich den wissenschaftlichen und gesellschaftlichen Herausforderungen. Das positive Feedback der Nutzerinnen und Nutzer bestärkt uns darin!“
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.
- BESSY II: Magnetische „Mikroblüten“ verstärken Magnetfelder im ZentrumEine blütenförmige Struktur aus einer Nickel-Eisen-Legierung, die nur wenige Mikrometer misst, kann Magnetfelder lokal verstärken. Der Effekt lässt sich durch die Geometrie und Anzahl der „Blütenblätter“ steuern. Das magnetische Metamaterial wurde von der Gruppe um Dr. Anna Palau am Institut de Ciencia de Materials de Barcelona (ICMAB) mit Partnern aus dem CHIST-ERA MetaMagIC-Projekts entwickelt und nun an BESSY II in Zusammenarbeit mit Dr. Sergio Valencia untersucht. Die Mikroblüten ermöglichen vielfältige Anwendungen: Sie können die Empfindlichkeit magnetischer Sensoren erhöhen, die Energie für die Erzeugung lokaler Magnetfelder reduzieren, und am PEEM-Messplatz an BESSY II die Messung von Proben unter deutlich höheren Magnetfeldern ermöglichen.
- Innovative Batterie-Elektrode aus Zinn-SchaumMetallbasierte Elektroden in Lithium-Ionen-Akkus versprechen deutlich höhere Kapazitäten als konventionelle Graphit-Elektroden. Leider degradieren sie aufgrund von mechanischen Beanspruchungen während der Lade- und Entladezyklen. Nun zeigt ein Team am HZB, dass ein hochporöser Schaum aus Zinn den mechanischen Stress während der Ladezyklen deutlich besser abfedern kann. Das macht Zinn-Schäume als potentielles Material für Lithium-Batterien interessant.