"Versehentliche" Erfindung: Material soll Handyakkus verbessern

    16. Mai 2019, 09:42
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    Zweidimensionale Nanobänder aus Phosphor versprechen auch viel Potenzial für andere Anwendungen

    Viele technische Fortschritte gehen auf präzise und ehrgeizige Forschungsarbeit zurück. Doch manchmal hat auch der Zufall seine Finger im Spiel. So auch bei der Entdeckung eines neuen Materials durch Wissenschafter des University College London, der University of Bristol, der ETH Lausanne und der Virginia Commonwealth University.

    Ihnen ist es irrtümlich geglückt, zweidimensionale Nanobänder aus Phosphor zu erzeugen. Diesen wird riesiges Potenzial im Bereich der Elektronik nachgesagt. Insbesondere könnten sie Akkus mit deutlich höherer Kapazität und viel kürzerer Ladezeit ermöglichen, schreiben sie in "The Conversation".

    foto: uc london
    Die Phosphorbänder erinnern an Tagliatelle.

    Phosphornudeln

    Schon länger hatte man versucht, Möglichkeiten zu finden, das Phosphor-Gegenstück zu Graphen ("2D-Kohlenstoff") in Bänder zu zerlegen. Wie es den Forschern letztlich "aus Versehen" geglückt ist, verraten sie nicht. Ihren Zufallsfund haben sie mittlerweile aber über drei Jahre zu einem fertigen Produktionsprozess entwickelt.

    Dieser spuckt "Tagliatelle" aus, die ein Atom dick, rund 100 Atome breit und bis zu 100.000 Atome lang sind. Ihr Größenverhältnis soll in etwa jenen Stahlseilen entsprechen, mit denen die Golden Gate Bridge in San Francisco gesichert ist. Sie zeichnen sich dadurch aus, dass ihre Eigenschaften – auch die Leitfähigkeit – sich gut anpassen lassen und sie auch sehr biegsam sind.

    Fortsetzung von Moore's Law

    Sie könnten geladene Teilchen bis zu 1.000-mal schneller transportieren. Akkus könnten also künftig deutlich flotter aufgeladen werden und bei gleicher Größe 50 Prozent mehr Kapazität bieten. Weiters könnte man mit ihnen auch Natriumionen anstelle von Lithiumionen zum Einsatz bringen. Während Natrium in rauen Mengen verfügbar und leicht abzubauen ist, kann die Extraktion von Lithium problematische Umweltfolgen haben.

    Auch die Herstellung leistungsfähigerer Elektronik könnten die zweidimensionalen "Phosphornudeln" ermöglichen und somit das Moore'sche Gesetz weiter fortschreiben, das eine Verdoppelung der Anzahl an Transistoren in integrierten Schaltkreisen alle rund 1,5 Jahre erwartet.

    Wind- und Solarkraftwerke könnten auch an wolkigen und windarmen Tagen effizient Energie liefern. Und dank ihrer Elastizität bieten sie sich auch für smarte Kleidung an, die aus Körperwärme erzeugte Energie etwa zum Betrieb eines Pulsmessers und anderer Sensoren nutzt. Denkbar ist auch, dass das neue Material einmal eine Schlüsselrolle bei der günstigen Produktion von Wasserstoff als Treibstoff übernimmt.

    foto: university of bristol
    Ein Phosphorband, das sich in zwei aufspaltet.

    Einfache Erzeugung

    Erzeugt werden die Bänder in einer Flüssigkeit mithilfe von schwarzem Phosphor und Lithiumionen. Der Prozess soll sich einfach und günstig industrialisieren lassen. Eine Variante besteht etwa darin, sie einfach nach dem Verfahren von Tintenstrahldruckern aufzutragen.

    Bis die Nanobänder aus Phosphor realen Impact auf Technologie haben, müssen wir uns aber noch gedulden. Im nächsten Schritt gilt es nun, die bereits 2014 aufgestellten Theorien zum Potenzial des Materials zu überprüfen und genau herauszufinden, zu welchen Einsatzzwecken sie auch praktisch geeignet sind.

    Das könnte einige Jahre dauern. Die Forscher erinnern hierbei an Lithium-Batterien, deren Reise vom Proof-of-Concept bis zum Industrieprodukt etwa zwei Jahrzehnte dauerte. Ihre Erkenntnisse haben sie im Journal "Nature" publiziert. (red, 16.5.2019)

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