Forschung: Neues Nanomaterial für deutlich bessere Batterien

Das Forschungszentrum Interuniversity Electronics Centre (imec) hat zusammen mit der Katholischen Universität (KU) Leuven ein neues Nanomaterial vorgestellt. Das Forschungszentrum und die Universität kooperieren im Rahmen des Energyville-Projektes bei der Suche nach energieeffizienten Systemen und nachhaltiger Energie.

Batterien und Katalysatoren sind beherrschende Elemente in vielen Bereichen der Industrie. Viele Forschungsteams weltweit arbeiten an Verbesserungen in diesem Bereich. Während in diesem Bereich zuletzt vor allem Nano-Strukturen aus Graphen Aufmerksamkeit erlangt haben, warten die Forscher aus Belgien nun mit einem anderen Konzept auf: Ein geordnetes 3D-Gitter aus Nanodrähten ermöglicht ein bisher unerreichtes Verhältnis von Oberfläche zu Volumen. Würde eine Getränkedose mit dem Material gefüllt, wäre diese durch die Gitterstruktur noch zu 75 Prozent „leer“ und das Gitter hätte dennoch die Oberfläche eines Fußballfeldes.

Prozesse finden an der Oberfläche statt

Da chemische Prozesse sowohl in Katalysatoren als auch in Batterien an der Materialoberfläche stattfinden, steigert diese Maßnahme die Effizienz des Materials enorm. In den Tests der Wissenschaftler war bei der elektrolytischen Herstellung von Wasserstoff eine wenige Mikrometer dicke Schicht des neuen Materials effektiver als eine einen Millimeter dicke Schicht eines Nickel-Schaums. Damit ist das neue Material etwa 300 Mal effizienter als bisherige Lösungen.

Batterien profitieren ebenfalls von der großen Oberfläche des Materials und können große Mengen an Energie speichern bei schnellen Ladeeigenschaften und geringer Materialdicke. Die poröse Struktur ermöglicht die gute Zugänglichkeit des Materials. Dabei präsentiert sich das Nanogitter auf makroskopischer Ebene als stabile folienartige Struktur – ein weiterer Vorteil gegen den bisherigen Lösungen aus Aerogelen oder Metallschäumen, die eine meist brüchige Konsistenz aufweisen.

Der günstige und einfache Herstellungsprozess als entscheidender Vorteil

Die Herstellung des Materials erfolgt über günstige Anodisierungs- und Elektrobeschichtungsprozesse. Dabei wird zuerst Aluminiumfolie anodisiert, die dann mit mikroskopisch kleinen Löchern versehen wird.

Daraus ergibt sich eine Art Gießform, in die verschiedenste Materialien eingebracht werden können. Anschließend wird die als Gießform dienende Aluminiumfolie aufgelöst und das freistehende Nanogitter bleibt als dünne Folie übrig. Die Forscher wenden sich nun an die Industrie, um das neue Material in industrielle Applikationen einzubinden und dessen Verbreitung voranzutreiben.