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Forschungsförderung: Vorgänge in Lithium-Ionen-Akkus auf Nano-Ebene verstehen

Zugeschaut hat noch niemand, wenn in Lithium-Ionen-Akkus Kristalle beim Laden und Entladen Lithium aufgenommen und abgegeben haben. Mit einer Forschungsförderung von 1,2 Millionen Euro für den Deutsch-Schwedischen Röntgen-Ångström-Cluster und dessen Weltrekordmikroskop könnte sich das bald ändern.

MAXYMUS Bildquelle: © Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme

MAXYMUS ist ein Messplatz für ultraschnelle Dynamik bei BESSY II, einer 80 Meter breiten Synchrotronstrahlungsquelle am Helmholtz-Zentrum Berlin in Adlershof.

Das Bundesforschungsministerium fördert das Projekt des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme innerhalb des Deutsch-Schwedischen Großforschungsprojekts Röntgen-Ångström-Cluster mit 1,2 Millionen Euro. Ein Drittel davon gehen an das Teil-Projekt DynaMAX nach Stuttgart. Im Rahmen des DynaMAX Projektes wird auch »MAXYMUS«, ein Messplatz für die ultraschnelle Dynamik der Synchrotronstrahlungsquelle BESSY II in Berlin-Adlershof weiter ausgebaut.

Hier werden mittels zeitaufgelöster Röntgenmikroskopie z. B. die Ausbreitung von Spinwellen oder magnetischen Solitonen in spintronischen Nanogeräten erforscht. »Wir freuen uns sehr über diese nun gewährten Drittmittel«, sagt Dr. Joachim Gräfe, Leiter der Forschungsgruppe Nano-Magnonik und Magnetisierungsdynamik am MPI-IS. »Damit hat das BMBF ein Projekt finanziert, das Leuchtturm-Forschung betreibt. Unser Rasterröntgenmikroskop MAXYMUS ist mit Abstand das weltweit beste Mikroskop für zeitaufgelöste magnetische Abbildungen.«

Aktuell ist die Forschung auf das 1,8 Tonnen schwere Mikroskop im Helmholtz-Zentrum Berlin beschränkt, wo es fest an BESSY II angebaut ist. »Wenn die Methoden eines weiterentwickelten MAXYMUS auch an anderen europäischen Synchrotrons stehen, bietet das Forschern, die sich mit kondensierter Materie, Materialwissenschaft oder Strukturbiologie beschäftigen, hervorragende Möglichkeiten.«, erklärt Gräfe. »Wir hatten sechsmal mehr Anträge, um an unserem Mikroskop zu forschen als wir momentan Kapazitäten haben.«

MAXYMUS steht für »MAgnetic X-raY Micro- and UHV Spectroscope«. Es ist wie eine Kamera: Es verfolgt in Zeitlupenfilmen, wie sich die Struktur in Materialien auf der Größe nur weniger Nanometer ändert. Das Besondere an diesem Rasterröntgenmikrospektroskop ist sein breites Anwendungsspektrum.

»Man kann mit ihm im Ultrahochvakuum arbeiten, unterschiedlich starke magnetische Felder anlegen und dabei ultraschnelle Prozesse beobachten«, erläutert Professor Dr. Gisela Schütz, Leiterin der Abteilung für Moderne Magnetische Systeme am MPI-IS. »Wir schaffen ganz neue Probenumgebungen«, fügt Gräfe hinzu. »Man kann sich Dinge anschauen, die so kalt sind wie flüssiges Helium.«

Ein weiteres Beispiel wäre die Forschung an Nanokristallen, die z.B. in Lithium-Ionen-Akkus von Mobiltelefonen als Energiespeicher verwendet werden. Mithilfe des Rasterröntgenmikroskops kann in Echtzeit sichtbar gemacht werden, was in den Akkus beim Laden und Entladen der Kristalle passiert, wie sie Lithium aufnehmen und wieder abgeben. »Wir machen hier klassische Grundlagenforschung und gleichzeitig mit bei wichtiger Infrastrukturentwicklung für Europa«, sagt Gräfe.