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Physikochemisches Labor (PCL)

BZL

Die Abteilung beschäftigt sich mit der Untersuchung grundlegender physikalisch-chemischer 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

Untersuchung der Wasser- und Phosphorsäureaufnahme von PBI-Membranen
• Modell für den Adsorptionsprozess / Adsorptionsisotherme
• Ramanspektroskopische Untersuchung der zwischenmolekularen Wechselwirkungen

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Ionische Flüssigkeiten

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

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Grenzflächen Ionische Flüssigkeiten

Grenzflächen zwischen protonenleitenden ionischen Flüssigkeiten und katalytischen Elektroden
• Struktur der elektrochemischen Doppelschicht
• Einfluss von Wassergehalt, elektrischer Polarisierung und Temperatur
• Protonentransport und Oberflächenreaktionen

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Elementare Prozesse in Festoxidzellen

Ionische Flüssigkeiten

Doppelperowskite als neuartige SOC-Elektrodenmaterialien
• Synthese von Keramiken und Dünnschichten
• Einfluss der kristallographischen Struktur auf die elektrochemischen Eigenschaften
• Transportprozesse an Grenzflächen zu Festelektrolyten

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Festkörperreaktionen

Festkörperreaktionen unter elektrischen und chemischen Potentialgradienten

• Elektronischer und ionischer Transport in Übergangsmetalloxiden
• Lokaler Transport entlang von ausgedehnten Defekten
• Elektrodegradation und Phasenumwandlungen

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(Schnelle) Ionenleitung entlang von Fest/fest-Phasengrenzen

(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

Hochvoltkathodenmaterial

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

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Ladungstransfer

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

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Methoden und Geräteausstattung

• 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

• Physikalische Analysenmethoden: Thermogravimetrische Analysen, Thermomechanische Analyse, Oberflächenanalyse, Dichtebestimmung

• Elektrodenpräparation: Glovebox, Rakelequipment

Projekte

Team Physikochemisches Labor

TeamCopyright: Forschungszentrum Jülich

Zusatzinformationen

Abteilungsleiter PCL


Dr. Carsten Korte
Telefon: +49 2461 61-9035
Fax: +49 2461 61-6695
E-Mail: c.korte@fz-juelich.de