Dr. Oliver Dumele: ORGEL
Für den zukünftigen Markt werden leistungsfähige und vielseitig einsetzbare Batteriesysteme benötigt, die unter anderem auch eine gute Recyclingfähigkeit besitzen. Die Entwicklung solcher Batteriematerialien ist für eine nachhaltige Energie- und Klimawirtschaft dringend notwendig. Das Projekt „ORGEL“ entwickelt neue Herstellungsverfahren für metallfreie Batterien, die in kleinsten elektronischen Geräten wie leuchtenden Produktetiketten oder fernlesbaren Barcodes eingesetzt und unbedenklich recycelt werden können.
NACHHALTIGE BATTERIEN DURCH NACHWACHSENDE MATERIALIEN
Die Nachfrage nach mobilen Energiequellen ist aktuell so hoch wie nie zuvor und unterliegt einem steigenden Trend. Ohne nachhaltige Batterielösungen kann das angestrebte Klimaziel der Weltbevölkerung nicht erreicht werden. Im Hinblick auf neue aufkommende Technologien aus der Mikroelektronik müssen neben Hochleistungssystemen für E-Autos und Gartengeräte auch Konzepte für Niederwatt-Verbraucher mit Schwerpunkten in der Nachhaltigkeit, Recyclingfähigkeit und Gewichtsreduzierung erforscht werden.
Auch die Digitalisierung des Alltags nimmt weiter zu und die dazugehörige Mikroelektronik nimmt dabei einen beachtlichen Markt ein. Alltägliche Produkte werden „digitalisiert“, wie zum Beispiel Produktetiketten oder Verpackungen, die zu intelligenten Systemen für den Endverbraucher werden. Das „Internet der Dinge“ stellt eine Verflechtung großer Netzwerke mit Elektronik dar, welche kabellos und nachhaltig mit Energie versorgt werden müssen — ohne eine zu große Umweltbelastung zu werden.
Metallfreie Batterietechnologien können an dieser Stelle ansetzen und einen entscheidenden Beitrag leisten. Sie gelten als nachhaltiger und ressourcenschonender. Im Vergleich zu einigen Metallen, die für herkömmliche Batterien benötigt werden, sind die Rohstoffe für metallfreie Batterien oft reichlich vorhanden. Eine größere Verfügbarkeit der Rohstoffe kann die Abhängigkeit von begrenzt verfügbaren Metallen verringern.
Dr. Oliver Dumele und sein Team erforschen im Projekt „ORGEL“ eine neue organische Substanzklasse, die hauptsächlich aus den Elementen Kohlenstoff, Stickstoff und Wasserstoff besteht und als Batteriematerialien eingesetzt werden kann. Dieses Material wird synthetisch hergestellt und hat dadurch einen besonderen Gerüstaufbau mit vielen offenen Poren zum effizienten Transport von Ladung. Die sogenannten kovalent-organischen Gerüstverbindungen bestehen wie Polymere aus vernetzten Molekülen, die eine besondere Ordnung aufweisen. Im Projekt werden chemische Synthesen der Grundbausteine und dadurch die nachhaltige Herstellung der Batterien etabliert. So kann eine metallfreie Lösung der Kathode entwickelt werden. Durch die Zellfabrikation aus den Gerüstverbindungen wird deren Leistung für zukünftige Anwendungen der Energiespeicherung evaluiert.
Nachwuchsgruppenleiter Dr. Oliver Dumele
Herr Dr. Oliver Dumele studierte Chemie an der Universität Mainz und der UC Berkeley in den USA. Nach seiner Diplomarbeit am Max-Planck-Institut für Polymerforschung in Mainz und einem Industriepraktikum bei BASF in Ludwigshafen promovierte er an der ETH Zürich in der Schweiz. In einer anschließenden Postdoc-Phase forschte er an der Northwestern University in den USA. Seit 2019 ist er Nachwuchsgruppenleiter am Institut für Chemie der Humboldt-Universität zu Berlin, wo er seit 2022 die BMBF-Gruppe zum Thema „Organische Batterieelektroden aus Gerüstverbindungen“ leitet. Seine Arbeit wurde mit einschlägigen Auszeichnungen gewürdigt, wie dem Dozentenpreis des Fonds der chemischen Industrie, dem Young Investigator Award of the European Chemical Society und dem Ernst-Haage Preis der Max-Planck-Gesellschaft.