| Vortragender: | Prof. Torsten Gutmann |
| Institution: | TU Darmstadt |
| Datum: | Mittwoch, 27. März 2024 |
| Zeit: | 08:30 - 09:15 Uhr |
| Raum: | V4 |
| Beitrags-Nr.: | VC 27-001 |
Das rasche Voranschreiten des Klimawandels und der stetig steigende Energieverbrauch erfordern die Entwicklung neuer Technologien, die sich durch eine hohe Effizienz und Nachhaltigkeit auszeichnen. In diesem Zusammenhang werden Energiespeichersysteme basierend auf dem Redoxsystem Na/Na+ als Alternative zu Li/Li+ immer attraktiver. Natrium ist mit über 2 % in der Erdkruste ein häufig vorkommendes Element und im Vergleich zu Lithium weltweit verfügbarer. Dies senkt Rohstoffabhängigkeiten, vermindert geopolitische Risiken und reduziert die Kosten für die Herstellung von Energiespeichern. Während Li/Li+ basierte Systeme intensiv beforscht und weitgehend verstanden sind, fehlt dieses Wissen häufig für Na/Na+ basierte Systeme, die sich in ihren physiko-chemischen Eigenschaften deutlich unterscheiden. Aus diesem Grund ist deren Analyse in Abhängigkeit der Zusammensetzung (z. B. Elektroden und Elektrolyte) und des Designs des Energiespeichers für eine Optimierung unerlässlich. Insbesondere ist das Verständnis struktureller Veränderungen, der Speicherung von Natrium in den Elektrodenmaterialien, sowie die Identifizierung von unerwünschten Nebenreaktionen während der Lade/Entladevorgänge von großer Wichtigkeit, die nach Möglichkeit unter Arbeitsbedingungen analysiert werden sollten.
Der Vortrag gibt einen Einblick in das hochaktuelle Forschungsgebiet neuartiger Energiespeicher. Er soll anregen, bereits in der Schule das Interesse an anwendungsorientierter Forschung zu fördern. Zunächst wird ein kurzer Überblick zum aktuellen Stand der Forschung an stationären Energiespeichern gegeben und das Konzept der Na/Na+ Batterie eingeführt. Anschließend wird das Prinzip der Kernmagnetischen Resonanz (NMR) erläutert, welches auch die Grundlage der Magnetischen Resonanz Tomographie (MRT) darstellt. Mit Hilfe der NMR am Festkörper ist es möglich sich lokale Strukturen anzuschauen und eine präzise Analyse von Materialien mit großer struktureller Unordnung durchzuführen. Darüber hinaus lässt sich die Festkörper-NMR mit elektrochemischen Untersuchungen verbinden, und ermöglicht die Beobachtung struktureller Änderungen während der Lade- und Entladevorgänge in elektrochemischen Zellen.
Als Beispiele für Anwendungen der Technik wird im Vortrag die detaillierte Charakterisierung neuartiger Na/Na+ Zellen vorgestellt, die aus einer Siliziumkarbonitridkeramik (SiCN) oder Hard Karbon (HC) als Arbeitselektrode und Natriummetall als Gegenelektrode bestehen.