Team Elektroaktive Nanomaterialien
Die Nanostrukturierung hat einen tiefgreifenden Einfluss auf die Materialeigenschaften und gilt als einer der Schlüsselwege zur Verbesserung ihrer Effizienz. Die Leistung bereits bekannter Materialien kann durch eine Verkleinerung der Kristallgröße auf wenige Nanometer und durch eine vernünftige Gestaltung ihrer Nanomorphologie stark verbessert werden. Das Team "Elektroaktive Nanomaterialien" arbeitet an der Entwicklung neuartiger Synthesemethoden für nanostrukturierte Materialien für elektrochemische Energieumwandlungs- und -speicheranwendungen sowie am Verständnis und der Steuerung der Prozesse, die die Eigenschaften der Ladungsübertragung und des Ladungstransports auf der Nanoskala beeinflussen.
Forschungsschwerpunkt: Elektroaktive Nanomaterialien
Schnellladebatterien, effizientere Elektrokatalysatoren: Diese und viele andere elektrochemische Anwendungen profitieren in hohem Maße von der Nanostrukturierung, die einen tiefgreifenden Einfluss auf die Materialeigenschaften hat und als einer der Schlüsselwege zur Verbesserung ihrer Effizienz gilt. Das Team "Elektroaktive Nanomaterialien" zielt auf die Entwicklung neuartiger, optimierter Morphologien von Materialien für Energieumwandlungs- und -speicheranwendungen sowie auf das Verständnis der Prozesse, die die Eigenschaften der Ladungsübertragung und des Ladungstransports auf der Nanoskala beeinflussen.
Wir untersuchen chemische Strategien für die Herstellung ultrakleiner Metalloxid-Nanopartikel unter Verwendung wässriger und nichtwässriger Syntheserouten sowie definierter Metalloxid-3D-Gerüste mit einer hohen Grenzfläche und kontinuierlichen Ladungstransportwegen. Zu unseren aktuellen Projekten gehören Elektrokatalysatoren auf Iridiumbasis für die Polymerelektrolytmembran-Wasserelektrolyse (PEM) mit einem minimierten Ir-Gehalt sowie Elektrodenmorphologien für schnell ladbare Li-Ionen-Batterien mit einer erhöhten Energiedichte.
Ein zunehmender Bedarf an Lithium-Ionen-Batterien mit hoher Energiedichte und schneller Ladung erfordert die Entwicklung neuartiger Elektrodenmorphologien. Unser Team arbeitet an SnO2-basierten Konversions-/Legierungsanoden und olivin-strukturierten Hochspannungskathoden LiMPO4 (M = Fe, Mn, Co, Ni), die hohe Energiedichten aufweisen, aber unter verschiedenen Nachteilen wie hohen Volumenänderungen oder geringer elektronischer Leitfähigkeit leiden. Um diesen Herausforderungen zu begegnen und die Leistung der Elektroden zu verbessern, verwenden wir eine Kombination aus Morphologieoptimierung (wie z.B. Nanoskalierung und Bildung von Hybriden mit kohlenstoffhaltigen leitenden Materialien) und Änderung der Volumeneigenschaften durch Dotierung mit verschiedenen Ionen.
Elektrokatalyse
Die PEM-Elektrolyse ermöglicht eine nachhaltige Erzeugung von Wasserstoff mit hoher Effizienz, aber die großtechnische Anwendung ist derzeit durch die hohen Kosten der Komponenten und insbesondere des Iridiums, das zur Katalyse des Sauerstoff-Evolutions-Reaktionsprozesses (OER) verwendet wird, begrenzt. Eine drastische Verringerung der volumetrischen Packungsdichte von Iridium in der Elektrodenbaugruppe ist erforderlich, um die PEM-Technologie für die großmaßstäbliche Wasserstofferzeugung wirtschaftlich durchführbar zu machen. Wir entwickeln skalierbare Ansätze zur Herstellung eines dimensionsstabilen OER-Katalysators mit einer sehr niedrigen volumetrischen Beladungsdichte von Ir, aber sehr hoher OER-Aktivität, indem wir komplexe poröse leitfähige Oxidträger (auf TiO2- und SnO2-Basis) entwickeln und diese konform mit kleinen IrO2-Nanopartikeln beschichten.