Schon wieder ist eine Batterie ausgelaufen ... ärgerlich. Und giftig. Aber vielleicht auch bald Geschichte. Zumindest wenn es nach Forscherinnen wie Katharina Hogrefe geht, die flüssige Elektrolyte in Batterien gegen feste austauschen wollen. Das würde nicht nur den zuvor erwähnten Ärger ausmerzen, sondern auch für mehr Sicherheit, Energiedichte und Nachhaltigkeit sorgen. „Als Elektrolyt werden heute vor allem Lithiummaterialien in Batterien eingesetzt“, erzählt die Forscherin. „Lithium ist ein sehr leichtes Element und erlaubt es den Ionen, sich recht ungestört hindurchzubewegen.“ Lithium ist aber auch eine der sehr seltenen Erden und eine kritische Ressource. Hogrefe und ihre Kolleg*innen möchten Lithium daher durch unterschiedliche Festkörper ersetzen, beispielsweise Keramiken mit Natrium. Bis dahin ist aber noch einiges zu tun, denn die Herausforderungen beim Umstieg von einer Flüssigkeit auf einen Festkörper sind groß. „Elektrolyte in Batterien müssen die Ionen leiten können. Das ist bei einer Flüssigkeit wesentlich einfacher als bei einem starren Festkörper. Dort haben sie viel weniger Bewegungsfreiheit. Sind die Ionen zu langsam, dann funktioniert die Batterie entweder gar nicht oder nur sehr schlecht.“
Katharina Hogrefes bevorzugte Analysemethode im Rahmen ihrer Forschungsarbeit ist die Magnetresonanz-Spektroskopie, bei der für Menschen nicht sichtbare Teilchen anhand ihrer magnetischen Eigenschaften untersucht werden können. „Das sind Riesen-Magnete, die tolle Magnetfelder erzeugen.“ Vorwiegend geht es ihr darum, die Leitfähigkeit des Festkörpers zu optimieren, ihn mit anderen Stoffen zu dotieren und eventuell für strukturelle Unordnung zu sorgen.
Forschung in Zeiten der Corona-Pandemie
Die Materialwissenschaft fasziniert die Chemikerin schon seit Beginn ihres Studiums. Insbesondere im Zuge ihres Masters spezialisierte sie sich auf Advanced Materials Science und arbeitete an einer Titan-Legierung. Ihr anschließendes Doktorat, in dem sie sich mit Natriumkeramiken als Festkörper für Batterien beschäftigte, fiel exakt in die Zeit der Corona-Pandemie und war von erschwerten Arbeitsbedingungen geprägt: „Als Chemiker*innen dürfen wir nicht alleine an Experimenten arbeiten, aber in dieser Zeit durften wir auch nicht im Team im Labor sein. Das war schwierig.“ Und auch die wissenschaftliche Vernetzung blieb auf der Strecke. „Der direkte wissenschaftliche Austausch ist sehr wichtig. Viele Gruppen arbeiten am gleichen Material, aber alle aus unterschiedlichen Perspektiven. Gemeinsam können wir ein viel kompletteres Bild bauen als jede Gruppe für sich.“ Ein Problem, das sie nach der Pandemie zumindest für sich selbst mit einem Forschungsaufenthalt in St. Andrews in Großbritannien und mit mehreren Konferenzbesuchen lösen konnte. 2023 wurden ihre Bemühungen mit zwei Preisen – dem Hans-List-Preis des Hans List Fonds und dem Award of Excellence des Bundeministeriums für Bildung, Wissenschaft und Forschung – belohnt.
Im Konzert und am Berg
Neben den Naturwissenschaften begeisterte sich Katharina Hogrefe schon seit ihrer Kindheit für Musik, spielt klassische Gitarre in einem Ensemble und singt begeistert. „Für mein Auslandssemester während des Bachelor-Studiums habe ich mir Göteborg in Schweden unter anderem deshalb ausgesucht, weil es dort ein wunderbares Konzerthaus gibt“, erzählt sie. Ansonsten zerlegt sie gerne Dinge, bastelt an ihrem Puch-Fahrrad, schwimmt gerne und geht begeistert wandern. „Zum Beispiel bin ich vergangenes Jahr von Graz nach Neumarkt in der Steiermark gewandert – 130 Kilometer in sechs Tagen. Ich liebe das Wandern, weil man nur das tut und nichts anderes. Ich bin da ganz bei mir und freue mich über die kleinsten Dinge – eine schöne Blume oder, dass es heute einmal nicht regnet.“
