Die Energiespeicherung ist ein entscheidender Faktor bei der Nutzung erneuerbarer Energiequellen und beim Übergang zu einem nachhaltigeren Energiesystem. Dennoch gibt es nach wie vor einige Herausforderungen, die die volle Ausschöpfung und Effizienz von Energiespeichern behindern.
Zu den wichtigsten Herausforderungen zählen die Steigerung der Effizienz, die Senkung der Kosten, die Erhöhung der Kapazität, der Lebensdauer und der Energiespeicherdichte sowie ökologische Auswirkungen und die Integrationsfähigkeit.
Diese Herausforderungen treiben die Notwendigkeit der Erforschung neuer Technologien und fortschrittlicher Materialien voran.
Als Beispiele seien hier die Optimierung des Designs, der Elektrodenmaterialien und der Elektrolyte in Lithium-Ionen-Batterien genannt; die Forschung an Ultrakondensatoren, die nanostrukturierte Kohlenstoffmaterialien, Metalloxide und Polymere nutzen; die Nutzung von 2D-Materialien (Graphen, MoS₂, …) sowie viele weitere Ansätze.
Bei der Erforschung fortschrittlicher Materialien ist es sinnvoll, sowohl deren elektrische als auch deren mechanische Eigenschaften gleichzeitig zu untersuchen. Gleichzeitig ist es entscheidend, die Geschwindigkeit und die Ursachen des Verschleißes neuer Materialien zu kennen, bevor diese in der Praxis eingesetzt werden.
Das optimale Gerät für eine solche Forschung ist das Rasterkraftmikroskop (AFM), das es ermöglicht, in hoher Auflösung die lokale Leitfähigkeit und Kapazität, magnetische, thermische und mechanische Eigenschaften, die Topografie und vieles mehr zu messen. Dank der steigenden Abtastrate lassen sich auch dynamische Vorgänge beobachten, beispielsweise Reaktionen an Elektroden.
