Speichert Strom wie ein Schwamm
Ein Kandidat für die Speicherung von Daten könnte auch als Batterie Karriere machen. Beides beruht auf dem gleichen physikalischen Effekt: einer Veränderung der Kristallstruktur.
Forscherin Juliane Hanzig betrachtet im Labor ein dünnes Plättchen Strontiumtitanat.
Foto: TU Bergakademie Freiberg
Strontiumtitanat ist ein Sauerstoffsensor, der auch bei sehr hohen Temperaturen funktioniert. Das Material, das in der Natur kaum vorkommt und deshalb synthetisch hergestellt wird, wird gewissermaßen als Linse in Röntgengeräten eingesetzt. Wenn man es einer elektrischen Spannung aussetzt, verändert es seine Kristallstruktur. Da dieser Vorgang umkehrbar ist, gilt das Material als eine Option für den Datenspeicher der Zukunft.
Jetzt hat die Doktorandin Juliane Hanzig an der Technischen Universität Bergakademie Freiberg eine neue Eigenschaft des vielseitigen Materials entdeckt. Unter Spannung wird aus dem nahezu perfekt würfelförmigen Kristall ein windschiefes Gebilde, das den eingeleiteten Strom wie ein Schwamm speichert. Bisher ist die Kapazität nicht sonderlich hoch. Aber die junge Forscherin ist sicher, dass sich noch mehr herausholen lässt.
Eine Strontiumtitanat-Batterie hätte mehrere Vorteile. Sie funktioniert bei großer Hitze genauso gut wie in arktischer Kälte oder bei Zimmertemperatur. Das Recycling wäre unproblematisch, da sie aus einem einheitlichen ungiftigen Material besteht. Da der Strom nicht durch einen elektrochemischen Vorgang gespeichert wird, bei dem Wärme entsteht, verändert sich die Temperatur einer solchen neuartigen Batterie weder beim Be- noch beim Entladen. „Sie kann also niemals brennen wie zuletzt Batterien in Boeing-Flugzeugen“, sagt Juliane Hanzig.
Abzapfen oder ein zweiter Impuls
Bei der Speicherung von Daten und elektrischer Energie in Kristallen aus Strontiumtitanat, einem Material aus den Elementen Strontium, Titan und Sauerstoff, findet der gleiche physikalische Vorgang statt. Ein elektrischer Impuls verändert die Kristallstruktur. Ein weiterer Impuls stellt den ursprünglichen Zustand wieder her. Man kann jetzt dem ungestörten Kristall die digitale „Eins“ zuordnen und dem windschiefen Gebilde die „Null“. Viele Schalter dieser Art bilden dann den Datenspeicher.
Zum Energiespeicher wird ein solches Gebilde, wenn man die ursprüngliche Kristallstruktur nicht durch einen zweiten Impuls, sondern durch Abzapfen des gespeicherten Stroms wiederherstellt. „Wir wollen nicht bereits bestehende Technologien verbessern, sondern komplett neue Konzepte entwickeln, also ganz neu denken“, sagt Projektmanager Tilmann Leisegang
Juliane Hanzig arbeitet am Institut für Experimentelle Physik an der Universität der idyllischen sächsischen Stadt Freiberg. Die Forschungsarbeiten im Rahmen der Kristallphysik werden noch bis 2015 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanziert.
Ein Beitrag von:
