Egal ob leistungsfähige Akkus, effiziente Wasserstoff-Brennstoffzellen oder Mikrochips aus neuartigen Halbleitern: Viele Technologien, die wir zur Bewältigung der großen Herausforderungen unserer Zeit brauchen werden, basieren auf dem komplexen Zusammenspiel mehrerer moderner Werkstoffe. Die Eigenschaften solcher Systeme hängen oft von einer Vielzahl von physikalischen und chemischen Parametern ab, deren gegenseitige Wechselwirkung aber noch kaum erforscht sind.
1,4 Millionen für hochmoderne Materialforschung
Forscher:innen des Erich-Schmid-Instituts für Materialwissenschaft der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) wollen das jetzt ändern. Gemeinsam mit Partnern vom Lehrstuhl für Materialphysik der Montanuniversität Leoben haben sie ein neues Forschungsvorhaben gestartet, für das sie eine Förderung im Umfang von 1,4 Millionen Euro von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft (FFG) einwerben konnten.
Denn um die Eigenschaften von Materialien und den Grenzflächen zwischen ihnen besser zu verstehen, sind verschiedene hochpräzise Messmethoden notwendig, die optimalerweise unter sehr kalten Bedingungen durchgeführt werden. Um etwa die mechanisch-chemischen Inkompatibilitäten von Grenzflächen in Lithium-Akkus experimentell zu bewerten, muss die Chemie auf atomarer Ebene untersucht werden.
„Wir freuen uns sehr über die Förderung der FFG. Dadurch kann die Infrastruktur am Institut weiter verbessert werden und es werden erstmals in Österreich Untersuchungen von einsatzfähigen Systemen sowohl auf der Nanometer- als auch auf der Mikrometerskala möglich, bei gleichzeitiger Kontrolle der extremen Umweltbedingungen”, sagt ÖAW-Materialwissenschaftlerin Megan Cordill. Dadurch können in Zukunft moderne hochauflösende Verfahren wie Multiskalen-Elektronenmikroskopie und Atomsondentomographie, die bei Raumtemperatur zu einer Zerstörung der untersuchten Materialien führen, eingesetzt werden, ohne die Funktion der zu analysierenden Systeme zu beeinträchtigen.
Blick in ladende Akkus
Durch die Kombination von hochentwickelten Mikroskopietechniken mit innovativen Test- und Analysemethoden, die am ÖAW-Institut in Leoben entwickelt werden, können parallel Informationen über die Mikrostruktur, Chemie und die elektrischen und nanomechanischen Eigenschaften in einsatzfähigen Energiesystemen gesammelt werden. Durch die FFG-Förderung kann ein Arbeitsplatz mit chemischen, mikrostrukturellen, mechanischen und elektrischen Sonden sowie eines dazugehörigen stark gekühlten Transfersystems zur Anbindung an die angesprochenen hochauflösenden Untersuchungsverfahren aufgebaut werden.
Diese außergewöhnliche Kombination ermöglicht die Analyse zahlreicher physikalischer und chemischer Parameter mit einer bisher nicht gekannten Genauigkeit, welche vor allem für die Erforschung von Batterien, flexibler Elektronik und Brennstoffzellen entscheidend ist. So wird es beispielsweise möglich sein, die thermo-elektro-chemo-mechanischen Prozesse innerhalb einzelner Elektroden und Separatoren in Akkus sowie die Grenzflächen zwischen diesen Komponenten während des Betriebs auf der Mikro- und Nanoskala zu untersuchen.
