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Vulkan-Mineral mit Potenzial

Neuentdeckte Mineral-Variante könnte die Batterieforschung voranbringen

Petrovit
Diese grünlichen Klumpen sind das neu entdeckte Mineral Petrovit. © Staatliche Universität St. Petersburg

Diese fast schaumstoffartig aussehenden grünlichen Gebilde sind Ansammlungen eines in Kamtschatka entdeckten Sulfat-Minerals. Der dort in Schlackenvulkanen vorkommende Petrovit enthält eine seltene Anordnung von Kupfer- und Sauerstoffatomen, durch die Hohlräume im Kristall entstehen. Sie könnten möglicherweise Vorbild für neuartige Elektrodenmaterialien in Akkus werden.

Unsere Erde birgt eine gewaltige Vielfalt an Mineralen: Mehr als 5.200 verschiedene Varianten sind bisher offiziell beschrieben, viele davon sind sehr selten. Der Großteil der bekannten Minerale wurde geochemisch gebildet, aber es gibt auch von Bakterien oder von uns Menschen erzeugte kristalline Verbindungen. Sogar Mineralvarianten außerirdischen Ursprungs wurden bereits gefunden. Experten schätzen jedoch, dass noch mindestens 1.500 weitere Minerale auf ihre Entdeckung warten.

Poröse Kristalle mit ungewöhnlichen Bindungen

Eine dieser Neuentdeckungen haben nun Stanislav Filatov von der Universität Sankt Petersburg und seine Kollegen in Kamtschatka gemacht. Fündig wurden sie dort, als sie Schlackenkegel und Gasaustritte untersuchten, die bei zwei größeren Ausbrüchen des Tolbachik-Vulkans in den 1970er Jahren und 2012/2013 entstanden waren. Dabei entstanden neben und in den klassischen Lavaströmen auch Dutzende Minerale, die bisher von nirgendwo sonst bekannt sind.

An einem der Schlackenkegel stießen Filatov und sein Team auf knubbelige Ansammlungen eines grünlichblauen Materials – wie hier im Foto zu sehen. Nähere Analysen ergaben, dass es sich um Ablagerungen eines Sulfatminerals mit 0,2 Millimeter kleinen, flachen Kristallen handelt. In dem Petrovit getauften Mineral bilden Sauerstoff, Natrium, Schwefel und Kupfer ein poröses Gerüst (Na10CaCu2 (SO4)8).

„Die Kupferatome in der Kristallstruktur des Petrovits haben eine ungewöhnliche und sehr seltene Bindung mit gleich sieben Sauerstoffatomen“, erklärt Filatov. „Eine solche Anordnung ist bislang nur von sehr wenigen Verbindungen bekannt.“ Durch diese Bindung entstehen Kupferoxid-Polyeder, deren Ecken mit angrenzenden Sulfat-Tetraedern verbunden sind. Diese Cluster wiederum sind mit Natriumatomen verknüpft.

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Elektroden-Material für neue Akkus?

Das Interessante daran: Diese Struktur des Minerals erlaubt es den relativ kleinen Natriumatomen, sich durch die Hohlräume und Kanälchen des Kristalls zu bewegen, wie die Forscher erklären. Damit könnte sich der Petrovit möglicherweise als Elektroden-Material für neuartige Natrium-Ionen-Akkus eignen. Denn die Kathode dieser Batterien muss für Natrium-Ionen möglichst durchlässig sein.

„Im Moment ist das größte Problem für einen Einsatz dieses Minerals noch der geringe Anteil des Übergangsmetalls Kupfer in der Kristallstruktur“, erklärt Filatov. „Aber das könnte man lösen, indem man eine Verbindung mit der gleichen Struktur wie Petrovit im Labor synthetisiert.“ (Mineralogical Magazine, 2020; doi: 10.1180/mgm.2020.53)

Quelle: Staatliche Universität St. Petersburg

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