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Theorie von elektrochemischen Grenzschichten und Materialien

Die Abteilung befasst sich mit der Entwicklung von physikalisch-mathematischen Theorien zum grundlegenden Verständnis und zur analytisch auswertbaren Beschreibung von Grenzschichten und komplexen multifunktionalen Materialien. Sie stützt sich auf Kompetenzen im Bereich Ladungstransfertheorie, Theorie elektrochemischer Grenzschichten, statistische Physik von Vielteilchensystemen, Theorie heterogener Medien und Kontinuumsfluiddynamik. Wichtige Beiträge beschäftigen sich mit der konsistenten theoretischen Beschreibung der Struktur, Potentialverteilung und elektrochemischen Eigenschaften an Metall|Elektrolyt-Grenzflächen; der Kopplung von Transport (Ionen und Lösungsmittel) und mechanischer Verformung in Nanoporen und nanoporösen Medien; der Entschlüsselung komplexer elektrokatalytischer Oberflächenreaktionen (wie z.B. der Sauerstoffreduktion oder CO2 Reduktion) an Grenzflächen und in Nanoporen; der Entwicklung hierarchisch-aufgebauter theoretischer Modelle für Kompositelektroden; sowie der Entwicklung statistisch-physikalischer Modelle für Materialalterung, -degradation und -versagen (z.B. durch Korrosion, Koagulation, Frakturbildung). Wir befassen und mit der Kopplung dynamischer Prozesse zwischen verschiedenen Komponenten elektrochemischer Zellen (z.B. Wassermanagement in Polymer-Elektrolyt Brennstoffzellen) und entwickeln die theoretischen Grundlagen für neue diagnostischen Methoden (z.B. Impedanzspektroskopie oder elektrochemische Druckimpedanz). Wir bedienen uns eines breiten Methodenspektrums aus den Grundlagendisziplinen der Physik (Thermodynamik, Elektrostatik, statistische Physik, Physik kondensierter Materie, Fluiddynamik). Die Abteilung definiert grundlegende Konfigurationen, Materialeigenschaften, dynamische Prozesse und Parameter, welche mit quantenmechanischen oder klassischen Simulationen auf molekularer Ebene in der Abteilung Computergestützte Materialmodellierung (CMM) untersucht werden und sie generiert das Grundlagenwissen und die methodische Kompetenz für weiterführende Untersuchungen in der Abteilung Physikalische Modellierung und Diagnostik (PMD).

Ansprechpartner:

Prof. Dr. rer. nat. Michael H. Eikerling
Institutsleiter
E-Mail: m.eikerling@fz-juelich.de


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