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Forschungsbereiche

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Redox Flow Batterien

RFB-Schema

RFB-Schema

Möchte man Energie in großtechnischem Maßstab speichern, gehören Redox‑Flow‑Batterien zu den vielversprechenden Kandidaten. Speichermedien wie die Redox-Flow-Batterien speichern elektrische Energie chemisch in Form von in Tanks gelagerten Elektrolytlösungen, wobei die gespeicherte Energiemenge wieder beliebig abgegeben werden kann. Vorteile gegenüber anderen Speichermedien liegen insbesondere darin, dass die Speicherkapazität unabhängig von der Zellgröße allein durch das Volumen des Elektrolyten beeinflusst werden kann.

Gegenstand unserer Forschung ist die strukturelle und elektrochemische Charakterisierung sowie Optimierung häufig genutzter kohlenstoffbasierter Elektrodenmaterialien. Wir beschäftigen uns nicht nur mit der Synthese nanostrukturierter Elektroden mittels Elektrospinning, sondern auch mit hochporösen Kohlenstoff-Kohlenstoff-Kompositmaterialien, bei deren Herstellung die Salztemplatierungsmethode Anwendung findet. Ein weiteres Interessensgebiet bildet die Untersuchung der chemischen Alterung sowie die Analyse elektrochemischer Degradationsprozesse in kommerziell erhältlichen Elektroden, unter anderem mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie.

Hochleitfähige, graphitbasierte Bipolarelektrodeneinheit für Redox-Flow Batterien

C-C composite electrodes for redox flow batteries

Degradation phenomena in redox flow batteries

Electrospun electrodes for redox flow batteries

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Direkte reduktive Umwandlung von CO2

CO2 Elektroreduktion

CO2 Elektroreduktion

Abbildung 1

Abbildung 1

Dieses Projekt erforscht edelmetallfreie, Katalysatoren zur chemisch-stofflichen Speicherung von erneuerbarer Elektrizität durch direkte Kopplung von Wasserelektrolyse mit der Umwandlung von Kohlenstoffdioxid (CO2) in höherwertige Kohlen wasserstoffe, insbesondere Ethylen (Abb. 1)

Zentral ist die unmittelbare Kopplung von anodischer Wasseroxidation und kathodischer CO2-Reduktion in einem einzigen, kompakten elektro­chemischen Reaktor.

Electrodeposited Cu-based catalysts for CO2 electroreduction

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Elektrospinning (Elektrospinnverfahren)

Elektrospinning

Elektrospinning

Das Elektrospinnverfahren ist eine vielfältig variierbare Methode zur Herstellung von Faserstrukturen mit sehr hohen spezifischen Oberflächen. Dabei können eine Vielzahl an verschiedenen organischen Polymeren zur Herstellung verwendet werden. Das Einsatzgebiet so hergestellter Faserstoffe ist die Verwendung in Brennstoffzellen, Redox-Flow-Zellen oder anderen Anwendungen, bei denen hoch poröse Materialien zum Einsatz kommen. In unserer Arbeitsgruppe stellen wir mit Elektrospinning feinfaserige Kohlenstoffnetzwerke sowie hohle Faserstrukturen her und untersuchen die Kombinierbarkeit von Polymerfasern mit Metallen.

Koaxiales Elektrospinnen wird verwendet, um Fasern mit verschiedenen Strukturen zu erzeugen. Dabei fließen zwei Lösungen durch eine koaxiale Kapillare (Doppeldüse), um eine Core-Shell-Struktur zu generieren. Hohle und poröse Strukturen werden erhalten, wenn eine Nachbehandlung wie Waschen oder Karbonisieren angewendet wird.

New and more durable materials for HT-PEMFC

Electrospun Ag electrodes for highly alkaline electrolysis

Electrospun electrodes for redox flow batteries

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Brennstoffzellen

Brennstoffzelle

Brennstoffzelle

Der Einsatz von Brennstoffzellen als Energiewandler mit hohem thermodynamischen Wirkungsgrad und skalierbarem Energiereservoir, bietet eine klimafreundliche und emissionsarme Alternative zu fossilen Brennstoffen. Im Fokus der Forschung unserer Projektgruppe stehen die Synthese von edelmetall-basierten (Pt, Ag) sowie edelmetall-freien (Ni, Co) nanostrukturierten Katalysatormaterialien elektrochemische Sauerstoffreduktion (ORR) und die anodische Oxidation organischer Verbindungen mittels Templatierung und Kolloid-Verfahren. Unsere Konzepte bezüglich der Charakterisierung der Katalysatormaterialien umfassen a) klassische drei Elektroden Anordnungen zum Erfassen der elektrochemischen Aktivität, b)   in-situ Gasphasen Spektroskopie mittels DRIFTS zum direkten Erfassen der Interaktionen der katalytisch aktiven Metallzentren mit Adsorbaten und c) die Entwicklung einer Hybrid-Brennstoffzelle für die Untersuchung Ni-basierter Katalysatoren für die alkalische Sauerstoffreduktion.

Nanowire network electrodes in alkaline fuel cells

Non-noble electrocatalysts for fuel cell applications

New and more durable materials for HT-PEMFC

Electrocatalysis