2D-Materialien

Verschiene Arbeiten an zweidemensionalen Materialien zeigen beeindruckende Erfolge im Zusammenhang mit herkömlichen Lithium-Metall-Batterien.

Während des Ladungstransfers bewegen sich die Lithium-Ionen zwischen Anode und Kathode hin und her. Immer wenn sie ein Elektron aufnehmen, lagern sie ein Lithium-Atom ab. Diese Atome reichern sich an der Anode an und es bildet sich eine kristalline Oberfläche, die dort, wo sich die Atome ansammeln, dreidimensional wächst und so die Dendriten bildet. Die Poren der Separatormembran beeinflussen die Keimbildung der Dendriten. Ist der Ionentransport homogener, kann das Entstehen der Dendriten vermieden werden.

„Deshalb haben wir eine extrem dünne, zweidimensionale Membran aus Kohlenstoff auf den Separator aufgebracht, deren Poren einen Durchmesser von weniger als einen Nanometer haben“, erklärt Prof. Andrey Turchanin von der Universität Jena. „Diese winzigen Öffnungen sind kleiner als die kritische Keimgröße und verhindern so die Keimbildung, die das Wachsen der Dendriten auslöst. Anstatt dendritische Strukturen zu bilden, lagert sich das Lithium als glatter Film auf der Anode ab.“ Die Gefahr, dass die Separatormembran dadurch beschädigt werde, bestehe nicht – die Funktionalität der Batterie werde nicht beeinträchtigt.

Das Forscherteam ist zuversichtlich, dass ihre Erkenntnisse das Potenzial haben, eine neue Generation von Lithiumbatterien hervorzubringen. Deshalb haben sie ihr Verfahren zum Patent angemeldet. In einem nächsten Schritt soll nun geprüft werden, wie sich die Anwendung der zweidimensionalen Membran in den Herstellungsprozess integrieren lässt. Zudem wollen die Forschenden die Idee auch auf andere Batterietypen anwenden.

Quelle der Nachricht und weitere Informationen: https://www.uni-jena.de/210617-dendrit

Die Erforschung auftretender Wechselwirkungsprozesse zwischen Licht und Materie mit atomarer Auflösung stehen im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereiches NOA „Nonlinear Optics down to Atomic Scales“. Damit folgt Jena einem sehr erfolgversprechenden Trend der modernen Optikforschung.  Durch vielversprechende Ergebnisse sind praxisnahe Anwendungen möglich, angefangen von winzigen Nanolasern, über extrem kompakte Röntgenquellen bis hin zur optischen Detektion weniger Atome. Da neben der Optik auch Materialeigenschaften eine große Rolle spielen, arbeiten Physiker und Chemiker zusammen. 
Ab dem 1. Juli 2019 für zunächst 4 Jahre erhält das Team um den Physiker Prof. Dr. Ulf Peschel und die Chemikerin Prof. Dr. Stefanie Gräfe eine Förderung von etwa 9 Mio. €. 

Projektpartner:

• Friedrich-Schiller-Universität Jena 
• Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik 
• Leibniz-Institut für Photonische Technologien in Jena
• Humboldt-Universität Berlin
• Technischen Universität München

Quelle der Beschreibung und weitere Informationen: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/398816777

Die Erforschung grundlegender Funktionsweise bis hin zu ersten Anwendungen innovativer photokatalytisch aktiver Materialien stehen im Mittelpunkt des Sonderforschungsbereichs "CataLight - Light-driven Molecular Cata¬lysts in Hierarchically Structured Materials - Synthesis and Mechanistic Studies".

Den Forschenden aus den Bereichen Chemie, Materialwissenschaft und Physik geht es darum, Licht zur Herstellung energiereicher Chemikalien zu nutzen und gezielt neue Materialien für eine nachhaltige Energiewandlung gestalten zu können.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) fördert den gemeinsamen Sonderforschungsbereich/Transregio (SFB/TRR) 234 "CataLight" bis 2021 mit rund 10 Mio. Euro.

Quelle der Beschreibung und weitere Informationen: https://www.ceec.uni-jena.de/woran-forschen-wir/sonderforschungsbereich-transregio-sfb-trr-234-catalight

Am 7. November 2018 wurde in Jena/Thüringen der erste Workshop der Fachgruppe „2D-Materialien” durchgeführt, um die neue Fachgruppe vorzustellen und mit den ersten identifizierten akademischen und industriellen Partnern ins Gespräch zu kommen.

Wissenschafts- und Technologie-Roadmap für Graphene und andere 2D-Materialien

Im Rahmen der Europäischen „Graphene Flagship“-Initiative wurde eine Roadmap für Graphene und andere 2D-Materialien erarbeitet. Mit einem Horizont von mind. 10 Jahren soll die Entwicklung von Produkten auf Basis von 2D-Materialien unterstützt werden.

zur Roadmap

The magazine for nanotechnology: Graphene

Einen guten Überblick über die aktuellen Entwicklungen und Akteure im Bereich der Graphene gibt die Zeitschrift für Nanotechnologie: Graphene. Dieses Magazin kann hier erworben werden.

Weitere Veröffentlichungen:

1) A. C. Ferrari et al., “Science and technology roadmap for graphene, related two-dimensional crystals and hybrid systems”, Nanoscale 7 (2015) 4598-4810

2) A. Turchanin, „Graphene growth by conversion of aromatic self-assembled monolayers“.
Annalen der Physik 529 (2017) 1700168