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!“
- Weniger ist mehr: Warum ein sparsamer Iridium-Katalysator so gut funktioniertFür die Produktion von Wasserstoff mit Elektrolyse werden Iridiumbasierte Katalysatoren benötigt. Nun zeigt ein Team am HZB und an der Lichtquelle ALBA, dass die neu entwickelten P2X-Katalysatoren, die mit nur einem Viertel des Iridiums auskommen, ebenso effizient und langzeitstabil sind wie die besten kommerziellen Katalysatoren. Messungen an BESSY II haben nun ans Licht gebracht, wie die besondere chemische Umgebung im P2X-Kat während der Elektrolyse die Wasserspaltung befördert.
- Ultraschnelle Dissoziation von Molekülen an BESSY II analysiertEin internationales Team hat an BESSY II erstmals beobachtet, wie schwere Moleküle (Bromchlormethan) in kleinere Fragmente zerfallen, wenn sie Röntgenlicht absorbieren. Mit einer neu entwickelten Analysemethode gelang es ihnen, die ultraschnelle Dynamik dieses Prozesses sichtbar zu machen. Dabei lösen die Röntgenphotonen einen „molekularen Katapulteffekt“ aus: Leichte Atomgruppen werden zuerst herausgeschleudert, ähnlich wie Geschosse, die von einem Katapult abgeschossen werden, während die schwereren Atome – Brom und Chlor – sich deutlich langsamer trennen.
- 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.