Nanoporöser Graphit könnte für kürzere Akkuladezeiten sorgen

ForschungInnovation

Die Herstellung ist Karlsruher Forschern zusammen mit Kollegen der texanischen Rice University gelungen. Sie brachten ein Nickelpartikel dazu, sich in ein Stück Graphit zu bohren und zwischen 1 und 50 Nanometer kleine Tunnel zu erzeugen.

Forschern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) ist gemeinsam mit Kollegen der Rice University in Houston gelungen, mittels Selbstorganisation im Nanometerbereich nanoporösen Graphit herzustellen. Poröser Graphit wird zum Beispiel in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien verwendet. Die richtige Porengröße des Materials könnte deren Ladezeit verkürzen.

Graphit besteht aus in Schichten angeordneten Kohlenstoffatomen. Vom Rand dieser Schichten aus gräbt sich ein Metallpartikel in die Graphitprobe. (Bild: KIT/CFN)
Graphit (im Bild grau) besteht aus schichtweise angeordneten Kohlenstoffatomen. Bohrt sich von deren Rand ein Nickelpartikel (grün) in die Struktur, entsteht nanoporöser Graphit (Bild: KIT/CFN).

Die Forscher haben im Rahmen ihrer Arbeit Nanopartikel aus Nickel auf Graphit aufgebracht, der dann in Anwesenheit von Wasserstoffgas erhitzt wird. Die Oberfläche der wenige Nanometer großen Nickelpartikel dient dabei als Katalysator, der die Kohlenstoffatome des Graphits ablöst und mit dem Wasserstoff der Umgebung zu Methan umbildet. Kapillarkräfte ziehen das Nickelpartikel in das entstandene “Loch”, wo es sich dann weiter durch das Material bohrt.

In den vorliegenden Versuchen konnten Tunnel zwischen 1 und 50 Nanometer gebohrt werden, die mit Rasterelektronen- und Rastertunnelmikroskopen nachgewiesen wurden. Ergänzend konnte mit einer Serie von Aufnahmen eines Rasterelektronenmikroskopes aus verschiedenen Perspektiven die Tiefe der Tunnel exakt bestimmt werden.

Laut Maya Lukas und Velimir Meded vom Institut für Nanotechnologie am KIT wird poröser Graphit beispielsweise in den Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien genutzt. Die richtige Porengröße des Materials könnte deren Ladezeit verkürzen.

Nutzt man statt Graphit Materialen, die nicht leitend sind, aber einen ähnlichen atomaren Aufbau haben, etwa Bornitrid, wäre es auch denkbar, die Tunnel als Grundgerüst für nanoelektronische Komponenten zu nutzen, etwa neuartige Sensoren oder Solarzellen.

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