Bildung + Gesellschaft

Prof.Dr.

Einer der Pioniere der Batterieforschung war Carl Tubandt. Er lehrte und arbeitete an der Universität in Halle über die Leitfähigkeit nichtmetallischer Festkörper, bis ihm dies verwehrt wurde.
Im Juni 2018 hat Volkswagen 100 Millionen Euro in einen US-Spezialisten für Feststoffbatterien investiert, „die als Nachfolger der bisherigen Lithiumionenakkus gelten“, so stand es vor kurzem im Manager-Magazin.1) Die Entwicklung der Feststoffbatterien hatte bereits Michael Faraday vor fast 200 Jahren eingeleitet.2) Den entscheidenden Impuls in der Forschung über feste Ionenleiter gab schließlich Carl Tubandt (1878 – 1942, Foto), der im Jahr 1912 über die elektrische Leitfähigkeit des Silberiodids berichtete.3) Er hatte bei der Umwandlung zweier kristalliner Phasen dieses Salzes bei 145 °C beobachtet, dass sich die Leitfähigkeit um das Viertausendfache änderte, und damit frühere qualitative Beobachtungen konkretisiert.4) Spätestens von nun an entfaltete sich das Forschungsfeld „Superionics“.<figure><img src="https://media.graphcms.com/u7DlKcWDTKeRtMGcALoh"><figcaption><label>Abb. 1: </label>Carl Tubandt um das Jahr 1927.</figcaption></figure>
Heute hat Superionics als Hauptziel, sichere, wiederaufladbare Festelektrolytbatterien mit hoher Energiedichte zur Verfügung zu stellen, die beliebig gebaut und nanometerklein sein können. Dafür sind Elektrolyte als hochselektive Ladungstransfermedien erforderlich, damit ein reversibler elektrochemischer Prozess ohne fluide Phasen (All-Solid-State-Batteries) überhaupt ablaufen kann.<h2>Bis zur Habilitation</h2>Carl Tubandt kam im Jahr 1878 in Halle als Sohn eines Tischlermeisters zur Welt. Bereits mit 15 Jahren verlor er seine Eltern. Um die Jahrhundertwende erreichte er an der Latina der halleschen Franckeschen Stiftungen, die im ausgehenden 17. Jahrhundert gegründet worden waren und anfangs aus einer Armenschule, einem Pädagogium und einem Waisenhaus bestanden, den Schulabschluss mit dem Reifezeugnis. Dabei halfen ihm sein Fleiß und seine Beharrlichkeit. Dem Studium der Naturwissenschaften in Halle folgte im Jahr 1904 die Promotion über kinetische Untersuchungen von Menthon, drei Jahre später habilitierte sich Tubandt.Im Jahr 1904 heiratete der junge Assistent die Chemikerin Wera Krilitschewsky, die einer jüdischen Familie aus Odessa entstammte. Sie hatte in Halle als Hospitantin „Chemie und Philosophie“ studiert und 1904 als erste Frau an der Universität Gießen mit einer Arbeit „Zur Kenntnis des Cersulfat-Akkumulators“ promoviert. Bis zur Geburt ihrer beiden Töchter in den Jahren 1905 und 1907 beteiligte sie sich an der Forschung ihres Mannes.7)<h2>Der erste Direktor eines Instituts für physikalische Chemie in Halle</h2>Dass sich Carl Tubandt ab etwa 1910 vorwiegend elektrochemischen Untersuchungen zuwandte, ist vermutlich auf seinen Aufenthalt bei Walter Nernst in Berlin im Jahr 1908 zurückzuführen und auf sein Bemühen, sich thematisch von seinen Lehrern Jacob Volhard und Daniel Vorländer abzugrenzen.Überdies reizte es ihn, Beobachtungen flüssigkristalliner Phasen von Halogeniden des Silbers und des Thalliums unterhalb ihrer Schmelzpunkte5) zu überprüfen und dazu andere Methoden anzuwenden. Tubandts Messungen der Leitfähigkeit, ihrer Temperaturabhängigkeit sowie der plastischen Verformbarkeit lieferten jedoch – nach damaligem Verständnis vom Eigenschaftsspektrum der Flüssigkristalle – keine Hinweise auf flüssigkristallines Verhalten.6) Vielmehr dürften Verunreinigungen zu den ursprünglichen Missdeutungen geführt haben.Tubandt blieb nach der Habilitation in Halle und durchlief die damals üblichen akademischen Karrierestufen: 1907 wurde er Privatdozent, 1912 Titularprofessor und 1921 ordentlicher Professor. Im Jahr 1931 wurde er zum Direktor eines neu gegründeten Instituts für Physikalische Chemie ernannt. Damit erhielt nun auch in Halle die physikalische Chemie als Forschungs- und Lehrgebiet ihre Eigenständigkeit.<h2>Ionenleitung und ihre Mechanismen</h2>Die Elektrochemie kristallin fester und geschmolzener anorganischer Salzsysteme blieb fortan der Schwerpunkt im Tubandtschen Institut. Die Wissenschaftler verfolgten die Elektrolyse fester Schwermetallsalze, den Ionenaufbau kristallisierter Salze und deren elektrisches Leitvermögen, ermittelten Wanderungsgeschwindigkeiten und Überführungszahlen in unter-schiedlichen Zustandsbereichen. Sie interessierten sich für die Mechanismen der Stromleitung in Schwermetallsalzen und deren Temperaturabhängigkeit, die Wirkung geringer Zusätze auf das elektrische Leitvermögen und schließlich die Zusammenhänge zwischen Diffusion, Ladungsträgerbeweglichkeit sowie die Lage heterogener Gleichgewichte bei festen Salzen.7)Die Leitfähigkeits- und Überführungsmessungen, die bei Temperaturen bis 700 °C durchzuführen waren, erforderten besondere Sorgfalt. Denn Verunreinigungen, Homogenitätsprobleme und Grenzflächeneffekte beeinflussten den Ladungstransport erheblich. Die von Tubandt dafür entwickelte Kombinationsmethode8) (Abbildung) wird auch heute noch verwendet. Mit den Untersuchungen zur Diffusion und zur Ladungsträgerüberführung innerhalb breiter Temperaturbereiche haben Tubandt und seine Mitarbeiter aufgeklärt, auf welche Art eine große Zahl nichtmetallischer Festkörper elektrisch leitet – ionisch, elektronisch, metallisch oder gemischt.9) So haben sie nachgewiesen, dass in der regulären Modifikation des kristallinen AgI ausschließlich die Silberionen den elektrischen Strom transportieren.<figure><img src="https://media.graphcms.com/Kc9z8KmvQhikQSSDiPlm"><figcaption><label>Abb. 2: </label>Carl Tubandts Kombinationsmethode für Überführungsmessungen am Beispiel AgI: Für die Messungen mussten so viele AgI-Zylinder (hier drei) mit sorgfältig geschliffenen Kontaktflächen in einer Presse zusammengehalten werden, wie erforderlich waren, damit mindestens die Masse eines der mittleren Zylinder gleich blieb.</figcaption></figure>
<h2>Schule für Elektrochemie</h2>Gemessen an der bescheidenen Größe des Instituts – es teilte sich mit zwei weiteren Instituten ein Gebäude – baute Tubandt einen beachtlicher Mitarbeiter- und Schülerkreis auf. Zu seinen bekanntesten Doktoranden zählen Hermann Reinhold (1893 – 1940) und Wilhelm Jost (1903 – 1988, Nachr. Chem. 2018, 66, 758).Reinhold gehörte ab dem Jahr 1923 zu der von Tubandt geleiteten physikalisch-chemischen Abteilung des Chemischen Instituts, habilitierte sich 1928 mit einer Arbeit „Über feste Ketten, insbesondere Thermoketten fester Elektrolyte“ und war von 1935 bis 1940 Professor für physikalische Chemie an der Universität Gießen.Wilhelm Jost, der Sohn eines halleschen Stadtbaurats, hatte 1926 mit einer Arbeit „Über Diffusion in festen Verbindungen“ in Halle promoviert. Seine Messergebnisse bestätigten für zahlreiche Fälle die aus Überführungsversuchen abgeleiteten Annahmen über Ionenbeweglichkeiten, so auch für das Silberiodid. Für das spätere Wirken dieses bedeutenden Physikochemikers stellte die Zeit in Halle die Weichen.10)Zu Tubandts Zeiten war an E-Mobilität noch nicht zu denken, und Silberiodid ist für sich genommen erst bei Temperaturen oberhalb von 145 °C einsetzbar. Dessen elektrisches Leitvermögen dient aber heute noch als Referenz. Inzwischen hat sich dieses Forschungsfeld besonders stark ausgeweitet, und die Zahl untersuchter fester Elektrolyte verschiedenster Zusammensetzung ist nahezu unüberschaubar geworden.Tubandt und seine Schüler waren bis in die 1930er Jahre maßgeblich daran beteiligt. Ihre Beiträge zur Ionenleitung in festen Nichtmetallphasen sind aus heutiger Sicht und mit dem Wissen über die Anwendung nicht hoch genug einzuschätzen.11)<h2>Unheil</h2>Nach fast 40 Jahren Hochschullehrertätigkeit verlor Carl Tubandt ungeachtet seiner Leistungen seine Stelle – er wurde Opfer der rassistischen Politik des Dritten Reichs.12,13) Weil er sich nicht von seiner jüdischen Ehefrau trennen wollte, musste er aufgrund der nationalsozialistischen Rassegesetze die Universität am 31. September 1937 verlassen (Abbildung S. 19 unten).14) Es dauerte nicht lange, bis Lehrstuhl und Institutsdirektorat mit dem aktiven NSDAP-Mitglied Karl Lothar Wolf wiederbesetzt wurden und Tubandt aus den Matrikellisten der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina gestrichen war.13)<figure><img src="https://media.graphcms.com/YpNTd54BQSWvKiptCG9T"><figcaption><label>Abb. 3: </label>Entlassungsbescheid des Reichs-Erziehungsministers.</figcaption></figure>
Tubandt und seine Frau verließen Halle und zogen zu einer ihrer Töchter nach Berlin, wo Carl Tubandt erkrankte und im Jahr 1942 starb. Um der Deportation ins Vernichtungslager zu entgehen, nahm sich seine Witwe im Jahr 1944 das Leben. Heute erinnern eine Gedenktafel am früheren Wohnhaus der Tubandts in Halle und ein Holzkreuz (Foto) auf dem Grab in Berlin-Reinickendorf an den halleschen Physikochemiker und seine Frau.<figure><img src="https://media.graphcms.com/PbUrf8SOSvWyzxvohtoi"><figcaption><label>Abb. 4: </label>Grabstätte von Wera und Carl Tubandt in Berlin. Foto: Frank Kuschel</figcaption></figure>
<h2>Der Autor</h2>Frank Kuschel ist Autor des Buchs „Mühlpforte Nr. 1 und die Physikalische Chemie an der Universität Halle“. Kuschel war Professor für physikalische Chemie an der Universität Halle-Wittenberg, Geschäftsführer des Unternehmens MLS in Leuna sowie Mitarbeiter und Berater des Fraunhofer-Instituts für Zuverlässigkeit und Mikrointegration.<div><img src="https://media.graphcms.com/uZfphYI8TsSWLR7X7mev">

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<ul><li>
1 <a href="https://www.manager-magazin.de/unternehmen/autoindustrie/elektroauto-wer-baut-europas-erste-batterie-gigafactory-a-1174306.html" target="_blank">www.manager-magazin.de/unternehmen/autoindustrie/elektroauto-wer-baut-europas-erste-batterie-gigafactory-a-1174306.html</a> (Zugriff am 01.08.2019)</li><li>
2 M. Faraday, Philosophical Transactions of the Royal Society 1833, Part I, 520</li><li>
3 C. Tubandt, Festschrift W. Nernst zu seinem fünfundzwanzigjährigen Doktorjubiläum gewidmet von seinen Schülern, 446–458, Knapp, Halle, 1912</li><li>
4 O. Lehmann, Ann. Phys. Chem. 1885, 24, 1–27</li><li>
5 H. Stoltzenberg, M.E. Huth, Z. physik. Chemie 1910, 71, 641–648</li><li>
6 C. Tubandt, E. Lorenz, Z. physik. Chemie 1914, 87, 513–552</li><li>
7 Publikationsverzeichnis C. Tubandt , abrufbar unter <ext-link ext-link-type="uri"><a href="https://app.box.com/s/qgr0vumevtczqi6fvivn8oe3sonjk99a" target="_blank">https://app.box.com/s/qgr0vumevtczqi6fvivn8oe3sonjk99a</a></ext-link></li><li>
8 C. Tubandt, Z. anorg. allg. Chemie 1921, 115, 105–126</li><li>
9 C. Tubandt, H. Reinhold, A.-L. Neumann, Z. Elektrochemie 1933, 39, 227–244</li><li>
10 W. Jost, Ann. Rev. Phys. Chem. 1966, 17, 1–15</li><li>
11 K. Funke, Sci. Technol. Adv. Mater. 2013, 14, 1–50</li><li>
12 F. Kuschel, Mühlpforte Nr. 1 und die Physikalische Chemie an der Universität Halle. GNT-Verlag, Diepholz, Berlin, 2017</li><li>
13 S. Gerstengarbe, „Carl Tubandt, Wera Tubandt geb. Krilitschewsky“. In Friedemann Stengel: Ausgeschlossen. Zum Gedenken an die 1933–1945 entlassenen Hochschullehrer der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Universitätsverlag Halle-Wittenberg, 2013, 323–332</li><li>
14 Universitätsarchiv Halle, UAHW, Rep.11, PA16155 (6)</li></ul>

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