Wie scheidet man Natrium so ab, dass am Ende eine möglichst kompakte, flächendeckende Metallschicht entsteht? Genau dieser Frage ist Denis am fem Forschungsinstitut für seine Bachelorarbeit im Studiengang Oberflächentechnologie/Neue Materialien an der Hochschule Aalen nachgegangen.

Um die nächste Generation von Natriummetall-Batterien zu entwickeln, hat Denis sich intensiv mit der elektrochemischen Na-Abscheidung und unterschiedlichen Abscheidungsparametern beschäftigt. Denn wie gleichmäßig sich Natrium mithilfe von elektrischem Strom aus einem Elektrolyten auf ein Substrat abscheiden lässt, hängt von mehreren Stellschrauben ab. 

Für die Herstellung der Natriumschichten hat Denis verschiedene Stromführungen getestet: galvanostatisch (konstanter Strom), potentiostatisch (konstantes Potenzial) und Pulsstrom. Letzteres bedeutet, dass der Strom in kurzen Pulsen fließt. Außerdem kamen drei etherbasierte Elektrolyte und unterschiedliche Substrate zum Einsatz – von klassischer Kupferfolie bis hin zu kohlenstoffbasierten Materialien wie Graphitfaservlies. Auch die Geometrie spielte eine Rolle: Kanten, Rundungen und Flächen beeinflussen die lokale Stromdichte und damit, wo sich besonders viel Natrium abscheidet. 

Besonders spannend wurde es bei der Frage, wie stark sich die Abscheidung steuern lässt. Betreuer Dr. Reinhard Böck fasst dies so zusammen: „Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass Stromparameter und Substratwahl entscheidend sind und dass man die Natriumabscheidung gezielt beeinflussen kann.“ Vor allem Pulsstrom erwies sich als vielversprechend: homogenere Schichten, bessere Stromausbeute. Auch beim Material zeigte sich ein klarer Trend: „Mit amorphen, kohlenstoffbasierten Substraten haben wir bessere Abscheidungsergebnisse erzielt als mit reinen Kupfer- oder Aluminiumfolien“, so Böck. Gegen Ende der Arbeit ließen sich so Versuchsparameter definieren, mit denen kompakte Natriumschichten von über 15–20 µm realisierbar sind. 

Für Denis war neben der Facharbeit vor allem der Arbeitsmodus prägend. „Mich hat überrascht, wie selbstständig und frei strukturiert ich arbeiten konnte, und dass gleichzeitig immer Unterstützung da war.“  

Der Rat seines Betreuers, Experimente sauber zu planen und konsequent zu dokumentieren, ist ein wichtiges Mitbringsel für seine Karriere. „Das hat mir die Durchführung deutlich erleichtert und wird mir auch in Zukunft helfen“, sagt Denis. 

Doch auch Rückschläge gehörten dazu. Die Suche nach einem geeigneten Elektrolyten gestaltete sich schwieriger als gedacht. „Gerade der konstruktive Umgang mit experimentellen Schwierigkeiten hat mir gezeigt, dass in jedem Rückschlag auch Erkenntnis steckt.“ Daraus entstanden neue Versuchsansätze. 

Dr. Reinhard Böck hebt genau das hervor: „Denis war hervorragend vorbereitet, hat sehr akkurat gearbeitet und sich auch von anfänglichen Schwierigkeiten nicht entmutigen lassen.“

Ausdauer, Präzision und die Bereitschaft, Versuchsreihen immer wieder neu zu denken – Stärken, von denen jede Forschungsarbeit profitiert.

Und wie geht es weiter? Denis plant den Einstieg ins Berufsleben, idealerweise im Bereich elektrochemische Energiesysteme. Sein Ziel: fachlich weiterwachsen und gleichzeitig mit seiner Arbeit einen sinnvollen, nachhaltigen Beitrag leisten. 

Wir sagen: Klingt nach einem guten Plan und wünschen alles Gute.