Eine klimaneutrale Energieversorgung, die auf Solar- und Windenergie setzt, muss mit effizienten Energiespeicherlösungen kombiniert werden. Die Materialklasse der MXene, die erst 2011 entdeckt wurde, besitzt besonders interessante Eigenschaften. MXene könnten sehr schnell große Mengen elektrischer Energie speichern und damit künftig neben klassischen Elektrobatterien (langsam beim Laden und Entladen) und Superkondensatoren (schnell, wenig Energie) eine Rolle bei der Energiespeicherung spielen.

Speicherlösungen für die Energiewende

„Die Eigenschaften der MXene sind nicht nur wissenschaftlich äußerst spannend, sondern versprechen auch einen Beitrag zur Bewältigung der Energiewende. Ich freue mich sehr, dass ich mit dem ERC-Starting Grant die Möglichkeit habe, ihre Funktionsweise zu verstehen und diese Materialien weiterzuentwickeln“, sagt Tristan Petit.

Dabei konzentriert er sich auf MXene, die aus zweidimensionalen Flocken aus Metallkarbid und Nitrid bestehen. Sie lassen sich wie Blätterteig übereinander stapeln. Zwischen den Schichten finden elektrochemische Reaktionen statt. Welche das sind und wie diese Reaktionen genau ablaufen, will Petit nun in seinem geförderten Projekt NANOMXM („Nanoscale Chemical Imaging of MXene Electrochemical Storage by Operando Scanning X-ray Microscopy) herausfinden.

Analysen an BESSY II

„Das weiche Röntgenlicht von BESSY II eignet sich besonders gut dazu, um photo- und elektrochemischen Prozesse in Nanomaterialien zu untersuchen. Wir entwickeln die Messinstrumente und Methoden dafür stetig weiter“, erklärt Petit.

An BESSY II will er die Prozesse an den Grenzflächen zwischen den MXene-Flocken und einem flüssigen Elektrolyten in realitätsnaher Umgebung (in-Situ) und während des Betriebs (in-Operando) analysieren. Neben vielfältigen Methoden der Röntgenspektroskopie wird er insbesondere die Raster-Transmissions-Röntgenmikroskopie (STXM) einsetzen. Dafür wird Petit eine elektrochemische Zelle entwickeln, anhand deren sich die MXene Eigenschaften untersuchen lassen.

„Wir gratulieren Tristan Petit herzlich zu seinem Forschungsvorhaben, das sich hervorragend an BESSY II durchführen lässt und sich perfekt in unsere Energieforschung integriert. Wenn es im Lauf des Projekts gelingt, elektrochemische Reaktionen in den MXenen abzubilden und dieses Verständnis für die Weiterentwicklung der Materialien zu nutzen, ist dies ein großer Fortschritt“, sagt Prof. Dr. Bernd Rech, wissenschaftlicher Geschäftsführer des HZB.

Zur Person

Tristan Petit studierte unter anderem an der ETH Zürich und promovierte an der Ecole Normale Supérieure de Cachan in der Nähe von Paris. Nach Forschungsaufenthalten an der ETH Zürich und der CEA kam er 2013 mit einer Humboldt-Fellowship an das HZB. 2015 erhielt er eine Freigeist-Förderung der Volkswagen-Stiftung und baute eine eigene Nachwuchsforschergruppe zu kohlenstoffbasierten Nanomaterialien am HZB auf. Gemeinsam mit seinem Team entwickelte er die Idee für das EU-Projekt NANOMXM und führte auch erste Experimente zu MXenen durch.

Weitere Informationen:

Dieses Projekt wird durch den European Research Council (ERC) im Rahmen des Horizont 2020 Programms gefördert (No 947852).

Resultate aus der Gruppe Petit zu MXenen: Schnell und stark: Neue 2D-Materialien mit Talent zur Energiespeicherung"