Forscher schaffen Basis für verbesserte Energiespeicher

117
Kristallstruktur von ReN₈·xN₂. Rheniumatome sind grau, Stickstoffatome der Rahmenstruktur blau, die Stickstoffmoleküle in den Kanälen rot.
Grafik: Maxim Bykov

Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Wissenschaftlern der Universität Bayreuth hat chemische Verbindungen mit einer ungewöhnlich hohen Energiedichte entwickelt, die neue Perspektiven für die Speicherung und Übertragung von Energie bieten. Die von den Forschern hergestellten Verbindungen enthalten Polymerketten, die nur aus Stickstoff aufgebaut sind. Nach Angaben der Universität Bayreuth, kamen bei der Synthese der Stickstoffverbindungen selbst entwickelte Technologien der Hochdruck- und Hochtemperaturforschung zum Einsatz.

„Die Forschungsergebnisse, die wir jetzt in enger internationaler Kooperation erzielt haben, könnten sehr bald schon zum Ausgangspunkt für die Entwicklung neuer Materialien werden, die einen entscheidenden Beitrag zur Energieversorgung der Zukunft leisten. Denn der Anteil erneuerbarer Energien wird sich nur signifikant steigern lassen, wenn es gelingt, hinreichend hohe und zugleich flexible Speicherkapazitäten zu schaffen“, sagte Professor Leonid Dubrovinsky vom Bayerischen Geoinstitut der Universität Bayreuth, der an den neuen Studien maßgeblich beteiligt war.

Nitride bilden eine für die Forschung hochinteressante Klasse anorganischer Materialien, weil sie oft herausragende physikalische und chemische Eigenschaften besitzen. So zeichnen sich Übergangsmetallnitride in vielen Fällen durch eine außerordentliche Härte, hohe Schmelzpunkte und eine ungewöhnliche Stabilität aus. Derartige Stickstoffverbindungen zu synthetisieren, ist jedoch nach Angaben der Universität sehr schwierig.

Synthetisierung von Stickstoffverbindungen ist schwierig

Unter normalen Umgebungsbedingungen kommt Stickstoff hauptsächlich als zweiatomiges Gas N2 vor, das nur mit wenigen anderen Elementen chemische Verbindungen eingeht. Die größte Hürde bei der Herstellung stickstoffreicher Verbindungen besteht darin, dass die zwei Stickstoffatome von N2 durch eine Dreifachbindung verknüpft sind, die unter außergewöhnlich hohen Temperaturen aufgebrochen werden muss. Wie hoch, hängt im Einzelfall von der jeweiligen stickstoffhaltigen Verbindung ab, die synthetisiert werden soll.

Die Bayreuther Wissenschaftler haben diese Hürde jetzt erstmals überwinden können. Mit Technologien der Hochdruckforschung haben sie eine Versuchsumgebung geschaffen, in der sich die Synthese stickstoffreicher Verbindungen gezielt steuern lässt. Dazu wurde in einer mit Stickstoff gefüllten Diamantstempelzelle pulverförmiges Eisen und in einer weiteren Versuchsreihe pulverförmiges Rhenium einem Druck von mehr als einer Million Atmosphären (mehr als 100 Gigapascal) ausgesetzt. Zugleich wurden diese Materialproben durch einen Laserheizer auf rund 1.500 Grad Celsius erhitzt.

ReN8·xN2 hat höhere Energiedichte als Sprengstoff TNT

Es bildeten sich das Eisennitrid FeN4 und das Polynitrid ReN8·xN2, die eine neue Klasse von Stickstoffverbindungen repräsentieren: Metall-Stickstoff-Gerüste. Diese Stickstoffverbindungen sind im Hinblick auf die künftige Energieforschung und Energietechnologie vor allem deshalb von großem Interesse, weil sie eine ungewöhnlich hohe Energiedichte besitzen. So sei die Energiedichte von ReN8·xN2 um ein Vielfaches höher als die Energiedichte des Sprengstoffs TNT.

Ein weiteres Forschungsergebnis aus Bayreuth:

Mikrobielle Brennstoffzellen: Bayreuther Forscher entwickeln effizienten Biofilm

HINTERLASSEN SIE EINE ANTWORT

Bitte Kommentar einfügen!
Bitte geben Sie Ihren Namen hier ein