Die Abteilung beschäftigt sich mit der Untersuchung grundlegender physikalischchemischer bzw. elektrochemischer Fragestellungen aus den Gebieten der Polymerbrennstoffzelle, der protonenleitenden, nichtwässrigen Elektrolyte, der Elektroden- und Elektrolytmaterialien für Li-Batterieanwendungen und der keramischen Festoxidzellen. Neben der Redoxkinetik von Elektroden und dem ionischen Bulktransport ist der Fokus auch auf die Ionentransferkinetik über Grenzflächen zwischen verschiedenen Elektrolyten und auf Leitungsprozesse entlang dieser Grenzflächen gerichtet. Die grundlegenden Struktur/Wirkungsbeziehungen der komplexen Vorgänge werden analysiert, um mit neuen Funktionsmaterialien zur Verbesserung von elektrochemischen Wandlern und Speichern beizutragen.
Forschungsschwerpunkte
Nichtwässrige Elektrolyte für Brennstoffzellen > 100 °C
Untersuchung der Wasser- und Phosphorsäureaufnahme von PBI-Membranen
• Modell für den Adsorptionsprozess / Adsorptionsisotherme
• Ramanspektroskopische Untersuchung der zwischenmolekularen Wechselwirkungen
Ionische Flüssigkeiten als Elektrolyte in PEFCs für Betriebstemperaturen um 120 °C
• Präparation protonenleitender, ionischer Flüssigkeiten (PIL)
• Stabilität und Bulkeigenschaften der PIL und PIL-dotierten, ionogenen Polymermembranen
• Sauerstoffreduktionskinetik und Doppelschichtkapazität in der Grenzfläche Platin/PIL
• Dotierung ionogener Polymermembranen mit PIL
Grenzflächen zwischen protonenleitenden ionischen Flüssigkeiten und katalytischen Elektroden
• Struktur der elektrochemischen Doppelschicht
• Einfluss von Wassergehalt, elektrischer Polarisierung und Temperatur
• Protonentransport und Oberflächenreaktionen
Doppelperowskite als neuartige SOC-Elektrodenmaterialien
• Synthese von Keramiken und Dünnschichten
• Einfluss der kristallographischen Struktur auf die elektrochemischen Eigenschaften
• Transportprozesse an Grenzflächen zu Festelektrolyten
Festkörperreaktionen unter elektrischen und chemischen Potentialgradienten
• Elektronischer und ionischer Transport in Übergangsmetalloxiden
• Lokaler Transport entlang von ausgedehnten Defekten
• Elektrodegradation und Phasenumwandlungen
(Schnelle) Ionenleitung entlang von Fest/fest-Phasengrenzen
• Transport in Festelektrolyt-Isolator-Multischichten
• Einfluss von Grenzflächenspannungen auf den lokalen Ionentransport
• Mikrostrukturierte Festelektrolyte mit optimierten Eigenschaften
Elementare Prozesse in Li-Batterien
Hochvoltkathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
• Präparation von Kathoden und Anoden
• Ex-situ und In-operando Messungen
• Aufklärung der Strukturveränderung
• Untersuchung der Deckschichtbildung auf der Kathodenoberfläche
Transportprozesse an Phasengrenzen zwischen Flüssig- und Festelektrolyten
• Li+-Transfer zwischen festen und flüssigen Li+-Elektrolyten
• Einsatz von „Hybridelektrolytsystemen“: fest/flüssig und organisch/wässrig
• Aufklärung der Ladungstransferkinetik
• Optimierte Li-Luft-, Metall-Luft- und Li-S-Batteriesysteme
• Elektrochemische Analysemethoden: EIS (Impedanzspektroskopie), CV und DC-Leitfähigkeit, Chronoamperometrie; RDE, HM-RDE und Mikroelektroden; temperierte Batteriezyklisierung
• Bildgebende Analysemethoden: REM/EDX, Lichtmikroskopie und entsprechende Probenvorbereitung, Nano-Computertomographie, Rasterkraftmikroskopie
• Schwingungsspektroskopie: Raman und IR
• Röntgendiffraktometrie
• Thermochemische und mechanische Analysemethoden: TGA, DSC, Elastizitäts-/Dehnungsmessungen, BET, Porosimetrie, Dichte - und Kontaktwinkelmessungen