Sauerstoff-atmender Kristall soll ein echter “Gamechanger” sein

Ein japanisch-südkoreanisches Forscherteam hat ein neuartiges Material entwickelt, das „atmen“ kann. Wenn man den Kristall in einer Wasserstoffgas-Umgebung erhitzt, gibt er Sauerstoff ab und nimmt ihn anschließend wieder auf. Das funktioniert nicht nur gut, sondern viele Male hintereinander. Deshalb könnte man damit womöglich bessere Energie- und Wärmetechnologien entwickeln.

Der neuartige Kristall besteht aus einem Metalloxid mit Strontium, Eisen und Kobalt. Materialien, mit denen man die Sauerstoff-Aufnahme und -Abgabe genau kontrollieren konnte, galten bisher als zu fragil und wurden schnell abgebaut. Oder sie hatten die gewünschten Fähigkeiten nur unter extremen Bedingungen – etwa bei sehr hohen Temperaturen. Weil ihr Kristall auch bei niedrigeren Temperaturen stabil und leistungsfähig bleibt, glauben die Forscher, dass man ihn auch in Alltagstechnologien einsetzen könnte. 

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Kristall verändert seine Struktur bei der Sauerstoff-Abgabe

Es ist so, als würde der Kristall „auf Kommando ein- und ausatmen“, sagte der südkoreanische Forscher Hyoungjeen Jeen in einer Aussendung der Hokkaido University. Ihre Experimente hätten gezeigt, dass sich der Kristall über viele Zyklen hinweg immer wieder strukturell in seinen Originalzustand zurückversetzen lässt.

Die Kobalt-Ionen im Kristall werden beim „Ausatmen“ reduziert. Dadurch verändert sich die Struktur des Materials, allerdings bleibt es trotzdem stabil. Sobald wieder Sauerstoff zugeführt wird, verwandelt sich der Kristall wieder in seine Ausgangsform zurück. Das soll über viele Zyklen hinweg funktionieren und das Material daher sehr beständig sein. 

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Smartere Fenster, bessere Elektronik

Die Forscher schlagen vor, damit thermische Transistoren zu verbessern. Das sind Geräte, die Wärme wie ein Schalter lenken können. Damit könnte man intelligente Fenster bauen, die automatisch steuern, wie viel Wärme durchgelassen wird. Gebäude könnten damit noch smarter werden und sich automatisch an Wetterbedingungen anpassen. 

Ein weiteres Einsatzgebiet sehen die Forscher bei sogenannten Festoxid-Brennstoffzellen, die aus Wasserstoff Strom erzeugen können und nur wenig Emissionen verursachen. Neben diesen gebe es viele weitere Einsatzmöglichkeiten für Elektronikkomponenten, bei Baustoffen und im Bereich Energietechnologie.

Der Kristall wurde in einer Zusammenarbeit der südkoreanischen Pusan National University und der Hokkaido University in Japan entwickelt. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher in Nature Communications. Die Forscher sehen in ihrer Entdeckung einen wichtigen Schritt in der Entwicklung intelligenter Materialen, die sich in Echtzeit verändern und anpassen können.