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Neue Materialien zur Stromerzeugung

Dr. Anna Grüneboom forscht an neuartigen Oxiden mit Perovskitstruktur, mit denen Strom gewonnen werden könnte. Foto: privat

Eine Forschungsgruppe unter Leitung der Physikerin Dr. Anna Grünebohm will an der Uni Duisburg-Essen (UDE) das perfekte Material zur Stromerzeugung aus mechanischer Energie oder aus Temperaturunterschieden suchen.

Meist sind die für solche Anwendungen bekannten Materialien teuer, selten oder giftig. An unbedenklichen und leicht verfügbaren Alternativen forscht die Physikerin Dr. Anna Grünebohm von der Universität Duisburg-Essen. Ihr ist es nun gelungen, eine Förderung im Rahmen des Emmy-Noether-Programms der Deutschen Forschungsgemeinschaft einzuwerben. Die Arbeit wird für sechs Jahre mit über 1,3 Mio. Euro gefördert.

Die Materialklasse, mit der Grünebohm arbeitet, sind Oxide mit Perovskitstruktur. Viele dieser Materialien können dauerhaft elektrisch polarisiert werden und verfügen über weitere Eigenschaften, die sie zu vielversprechenden Kandidaten für nachhaltige Technologien machen: Für effizientes Kühlen direkt mit Strom, die Nutzung von Abwärme oder die Kurzzeitspeicherung von elektrischer Energie, um nur einige Beispiele zu nennen.

Die Arbeit von Grüneboom kann man sich einfach vorstellen wie einen Legobausatz: Die zugrundeliegende Kristallstruktur bleibt gleich, aber es lassen sich einzelne Atome austauschen und so Eigenschaften gezielt designen.

Die nötigen Merkmale sind mitunter aber als Kombination nur schwierig einzustellen: „Die größten Temperaturänderungen beispielsweise sind oft über 100°C und in dünnen Filmen möglich. Für viele Kühlanwendungen möchte man aber in etwa Zimmertemperatur erreichen. Zudem braucht man für eine große Kühlleistung mehr Material, sodass man nicht mit den idealen dünnen Schichten arbeiten kann“, erläutert Grünebohm. Mit homogenen Materialien ist diese Gratwanderung schwierig bis unmöglich.

In ihrer Gruppe „Skalenübergreifendes rechnergestütztes Design von multifunktionalen ferroelektrischen Verbundwerkstoffen“ forscht die 35-Jährige deshalb an Nanomaterialien, die aus wenige Atomlagen dünnen Schichten bestehen oder gezielt winzig kleine Einschlüsse beinhalten. So lassen sich nicht nur die unterschiedliche Eigenschaften der Teilsysteme auf ganz neue Art kombinieren, durch die Grenzflächen ergeben sich auch spannende neue Funktionalitäten.

Grünebohms Feld ist die theoretische Physik; sie arbeitet mit Simulationen, die große Vorhersagekraft besitzen. Vereinfacht ausgedrückt, kann sie auf diese Weise am Rechner ein ideales Material entwerfen, das später anderen Wissenschaftlern als Bauplan dient. Im Frühjahr wird ihre Gruppe mit zunächst zwei Doktoranden innerhalb des Profilschwerpunkts „Materials Chain“ der Universitätsallianz Ruhr starten.

 

Das Emmy Noether-Programm der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) ermöglicht es aufstrebenden Nachwuchswissenschaftlern, sich durch die Leitung einer Nachwuchsgruppe für eine Professur zu qualifizieren.

25.2.2019 | Quelle: Universität Duisburg-Essen | solarserver.de © EEM Energy & Environment Media GmbH

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