Batterien und Solarzellen mit Selbstheilungskräften

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft fördert das Projekt „FuncHeal“ der Friedrich-Schiller-Universität Jena in den kommenden vier Jahren mit rund 3,5 Millionen Euro. In dem Konsortium unter der Leitung von Prof. Dr. Ulrich S. Schubert arbeiten Forschende aus drei Uni-Instituten in insgesamt sechs Teilprojekten. FuncHeal steht für „Die nächste Generation von Selbstheilungsmaterialien – Wiederherstellung von elektronischen, optischen und Transporteigenschaften in weichen Materialien zur Speicherung und Umwandlung von Energie“. Ziel ist es, eine neue Generation selbstheilender Materialien zu entwickeln, die nicht nur mechanische Beschädigungen reparieren können, sondern auch funktionale Eigenschaften wiederherstellen. Die neue Forschungsgruppe wird ihre Arbeit im April dieses Jahres aufnehmen.

Materialien, die die neue Jenaer Forschungsgruppe entwickelt, sollen vor allem in flexiblen Energiespeicher- und -umwandlungsmaterialien zum Einsatz kommen. „Die Herausforderung besteht hierbei in der Komplexität und der Zusammensetzung der Materialien, da sie nicht nur aus einer, sondern aus einer Vielzahl von verschiedenen Komponenten bestehen“, sagt Prof. Schubert. Anders als bei bisherigen Ansätzen selbstheilender Materialien gehe es nicht nur darum, Risse und andere mechanische Beschädigungen zu heilen, so der Chemiker und Materialforscher. „Es soll auch möglich sein, Funktionen und Eigenschaften gezielt wiederherzustellen, beispielsweise die Leitfähigkeit von Elektrodenmaterialien in Batterien oder die optischen Eigenschaften von organischen Solarzellen.“

So können etwa organische, flexible Solarzellen durch das einfallende Licht mit der Zeit so beschädigt werden, dass eine Umwandlung der Sonnenstrahlung in Strom nicht mehr möglich ist. Im Rahmen von FuncHeal wollen die Jenaer Forschenden Wege finden, mit denen die molekulare Struktur der aktiven Materialien in den Solarzellen wiederhergestellt und die Funktionalität der Solarzellen somit wiedergewonnen werden kann.

Während sich in den zurückliegenden 20 Jahren zahlreiche Ansätze zu selbstheilenden Materialien wie Polymere, Asphalt, Beton oder Metalle etabliert haben, steckt die Forschung an selbstheilenden funktionalen Materialien bislang noch in den Kinderschuhen. Um hierbei erfolgreich zu sein, setzt die neue Forschungsgruppe auf die Expertise aus verschiedenen Bereichen. So sind in dem Konsortium Forschende aus den Bereichen Materialwissenschaft, Expertinnen und Experten für Batterien und Superkondensatoren sowie für Solarzellen und funktionale Farbstoffe vertreten. Neben der Herstellung von funktionalen Materialien planen sie, ein detailliertes molekulares Verständnis der ablaufenden Prozesse während der Beschädigung und der Heilung zu gewinnen. Hierbei wollen sie ein breites Methodenspektrum nutzen – von spektroskopischen Untersuchungen bis hin zu theoretischen Berechnungen.