Nanomaterialien für grüne Energie
Überblick
Die Klimakrise und die dringende Notwendigkeit, die vom Menschen verursachten Kohlendioxidemissionen zu reduzieren, unterstreichen die Notwendigkeit erneuerbarer Energietechnologien, einschließlich katalytischer und elektrochemischer Umwandlungs- und Speichergeräte wie Brennstoffzellen oder Wasserelektrolyseure zur Wasserstofferzeugung. Solche Geräte sind stark von neuartigen Nanomaterialien abhängig. Ein großes Hindernis, das derzeit die Leistung technologisch wichtiger Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEM) einschränkt, ist beispielsweise die träge Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) an den Kathoden der Brennstoffzelle. Neuartige Pt-Ni-Legierungs-Nanopartikel mit oktaedrischer Form gelten als hervorragende Katalysatoren für die ORR. Die atomare Elementverteilung der Pt-Legierungs-Katalysator-Nanopartikel ist von entscheidender Bedeutung für ihre Aktivität und Stabilität und erfordert eine strukturelle und kompositorische Analyse auf atomarer Ebene.
Die Gruppe „Nanomaterials for Green Energy“ konzentriert sich auf die Untersuchung von Katalysator-Nanopartikeln und Nanomaterialien für Energiespeicher- und -umwandlungsprozesse. Das Hauptziel besteht darin, die Beziehung zwischen der Mikrostruktur auf atomarer Ebene und der elektrochemischen Leistung von Nanopartikel-Katalysatoren und Nanomaterialien zu verstehen, um ein rationales Design fortschrittlicherer aktiver und stabiler Nanomaterialien zu ermöglichen. Hochauflösende analytische In-situ-Elektronenmikroskopie hilft uns, solche Materialien unter realistischen Arbeitsbedingungen zu verstehen. Wir arbeiten derzeit an Nanomaterialien für Brennstoffzellenanwendungen, Wasserstoffproduktion, CO2-Umwandlung, Methanol-Dampfreformierung und trockene Methanreformierung.
Die Brennstoffzellentechnologie ist für zukünftige Energieumwandlungs- und Speicheranwendungen von großer Bedeutung. Ein großes Hindernis, das derzeit die Leistung technologisch wichtiger Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen einschränkt, ist jedoch die langsame Sauerstoffreduktionsreaktion an den Brennstoffzellenkathoden. Darüber hinaus sind die CO2-Reduktion, die Methan-Trockenreformierung und die Methanol-Dampfreformierung wichtige Reaktionen für eine potenzielle zukünftige grüne Energieinfrastruktur. Diese Technologien erfordern neuartige aktive und stabile Nanopartikel-Katalysatoren und andere Nanomaterialien. Unser Ziel ist es, die Beziehung zwischen der atomaren Mikrostruktur und der Leistung von Brennstoffzellenkatalysatoren und anderen Nanomaterialien für die Energieumwandlung und -speicherung unter realistischen Betriebsbedingungen zu verstehen, um fortschrittlichere Materialien rational zu entwerfen.
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