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Helmholtz investiert 46 Mio. Euro in neue Labor-Plattform

Sechs Helmholtz-Zentren richten gemeinsame Infrastruktur für die Entwicklung neuartiger Energiematerialien ein, die auch externen Nutzergruppen zur Verfügung steht.

Pressemitteilung vom 29. Juli 2015

Der Helmholtz-Senat hat die Einrichtung einer groß angelegten Infrastruktur für die Synthese und Entwicklung neuartiger Materialsysteme zur Energieumwandlung und -speicherung beschlossen. Das Gesamtvolumen beträgt rund 46 Mio. Euro (2016 - 2020). Die Einrichtung der Helmholtz Energy Materials Foundry (HEMF) wird vom Helmholtz-Zentrum Berlin koordiniert, fünf weitere Helmholtz-Zentren beteiligen sich an Konzeption und Aufbau: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR), Forschungszentrum Jülich, Helmholtz-Zentrum Geesthacht (HZG), Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) und Karlsruher Institut für Technologie (KIT). Die neue Plattform HEMF soll auch externen Nutzergruppen aus Universitäten und außeruniversitären Instituten aus dem In- und Ausland sowie der Industrie zur Verfügung stehen.

Im Rahmen von HEMF werden an den sechs beteiligten Helmholtz-Zentren mehrere sich ergänzende Laboratorien mit hervorragender und einzigartiger Ausstattung aufgebaut. Der wissenschaftliche Fokus beim Maßschneidern von Energiematerialien liegt dabei auf Fragestellungen in Bezug auf solare Brennstoffe, Solarzellen, Brennstoffzellen, Batteriesysteme sowie thermoelektrische und thermochemische Materialien. Ein übergreifendes Thema sind neuartige Katalysatoren, die bei der Energieumwandlung und -speicherung eingesetzt werden.

Das Leistungsspektrum der HEMF-Plattform reicht vom Design neuartiger Materialsysteme über die Analyse von Prozessen bei ihrer Synthese bis zur dreidimensionalen Nanostrukturierung dieser Materialien, um ihre Eigenschaften gezielt zu verändern. Außerdem werden neue Methoden entwickelt, um neuartige Materialien zu verarbeiten, innovative Prototypen für bestimmte Anwendungen herzustellen und die Eigenschaften und Leistungsfähigkeit der neuartigen Materialien unter Dauerbelastung zu ermitteln und sicher zu stellen. „Dieser ganzheitliche Ansatz ermöglicht effiziente Feedback-Schleifen zwischen Synthese, Charakterisierung und der Evaluation der Endprodukte. Damit beschleunigen wir die wissensbasierte Entwicklung so, dass viele der neuartigen Materialien in wenigen Jahren für den Einsatz genutzt werden können“, sagt Prof. Anke Kaysser-Pyzalla, wissenschaftliche Geschäftsführerin des HZB.

Ionenstrahlen als Werkzeuge

Mit seinem Ionenstrahlzentrum verfügt das Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf schon heute über hervorragende Möglichkeiten, um Energiematerialien zu bearbeiten oder zu untersuchen. Beschießt man Werkstoffe mit Ionenstrahlen – also schnellen, elektrisch geladenen Teilchen –, so kann man entweder Fremdatome in eine Tiefe von bis zu einigen Mikrometern implantieren, Oberflächen beschichten oder im Nanometer-Bereich strukturieren. In einem komplexen Cluster-Tool können Materialien zudem unter verschiedenen Umgebungen mit Ionen und weiteren Sonden untersucht werden – und das unter thermomechanischen Bedingungen, wie sie für Energieanlagen relevant sind.

Mit der im Rahmen von HEMF vorgesehen Investition von 3,5 Millionen Euro werden am HZDR unter anderem Anlangen für die Nano-Lithographie und -Analyse aufgebaut. Auch hier soll die Nano-Strukturierung von dünnen Schichten gleichzeitig mit deren Charakterisierung stattfinden. „Der große Vorteil ist, dass wir die Wechselwirkungen zwischen Umweltfaktoren einerseits und Schichtwachstum bzw. Alterungsprozessen andererseits unter kontrollierten Bedingungen studieren können“, sagt Prof. Sibylle Gemming, Projektverantwortliche für HEMF im HZDR. „Unsere Untersuchungen haben bereits gezeigt, dass nanoskalige Schichten die mechanischen Eigenschaften von üblicherweise verwendeten Materialien signifikant verbessern.“ Deshalb versprechen sich die HZDR-Forscher von den neuen Experimentieranlagen, Funktionsschichten für neue Energiematerialien hinsichtlich ihrer mechanischen, optischen und thermischen Eigenschaften weiter optimieren zu können.

Internationale Nutzereinrichtung

Die HEMF-Plattform wird als internationale Nutzereinrichtung betrieben. Die Laboratorien stehen damit auch Forschern und Forschergruppen aus Universitäten, außeruniversitären Forschungseinrichtungen oder auch der Industrie zur Verfügung. Die Koordination des Nutzerbetriebs wird das HZB übernehmen. HEMF baut auch auf einem Konzept des kalifornischen Berkeley Labs auf, an dem eine „Molecular Foundry“ als Infrastruktur für internationale Nutzergruppen eingerichtet wurde.

“Mit der HEMF-Plattform verstärkt die Helmholtz-Gemeinschaft ihre Kompetenzen in der Materialsynthese von Werkstoffen, die für die Energiewende unverzichtbar sind. Mit dieser gemeinsamen Infrastruktur können die beteiligten Helmholtz-Zentren ihr Forschungspotenzial dafür einbringen, dass wir auch in Zukunft die Energie, die wir alle brauchen, sicher und zugleich umweltangepasst zur Verfügung haben und nutzen können. Die Plattform wird zugleich neue attraktive Kooperationspartner anziehen, die für die gleichen Ziele forschen und entwickeln“, führt Anke Kaysser-Pyzalla weiter aus. Das Vorhaben ist in dieser Größenordnung einzigartig und wird dazu beitragen, dass die Gruppe der Helmholtz-Zentren bei der Erforschung und Entwicklung von neuen Energiematerialien auch im internationalen Vergleich einen großen und wegweisenden Beitrag leisten wird.


Weitere Informationen:

Dr. Artur Erbe
Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am HZDR
Tel. +49 351 260 2366 | E-Mail a.erbe@hzdr.de


Medienkontakt:

Dr. Christine Bohnet | Leiterin Kommunikation, Pressesprecherin
Tel. +49 351 260 2450 | E-Mail c.bohnet@hzdr.de
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf
Bautzner Landstr. 400 | 01328 Dresden