Forschungsthemen

Stabilität von Batteriematerialien - Echtzeitüberwachung der Metallauflösung

Lithium-Ionen-Batterien sind im Bereich der tragbaren Geräte weit verbreitet, haben aber immer noch mit Leistungseinschränkungen wie einer kurzen Lebensdauer zu kämpfen. Dies wird durch verschiedene Degradationsprozesse der Materialien in der Batteriezelle beeinflusst. Zu den Degradationseffekten gehören strukturelle Unordnung, Elektrolytzersetzung, Gasentwicklung, Partikelrissbildung, Aluminium- und Kupferkorrosion, Dendritenbildung sowie die Auflösung der aktiven Kathodenmaterialien. Dabei ist vor allem letzteres dafür bekannt, dass es in Zellen mit Lithium-Übergangsmetalloxid-Kathoden zu einem starken Kapazitätsabfall kommt. Der Mechanismus, der den Auflösungsprozessen in verschiedenen Kathodenmaterialien zugrunde liegt, ist jedoch nicht vollständig geklärt. Für eine wirksame Vorbeugung gegen diesen Degradationseffekt ist eine gründliche Kenntnis der Prozesse unerlässlich. Um neue Erkenntnisse zu gewinnen, überwachen wir die Auflösung von Metallen aus Kathodenmaterialien während einzelner Lade- und Entladezyklen von Lithium-Ionen-Batterien in Echtzeit und ermitteln so die potenzial- und zeitaufgelösten Abhängigkeiten der Auflösungsprozesse.

Stabilität von Elektrokatalysatoren in nichtwässrigen Medien

Die Anwendungen der nichtwässrigen Elektrochemie sind vielfältig und insbesondere für Energiespeicher und -umwandlungsgeräte sowie für die organische Elektrosynthese von Bedeutung. Kondensatoren, Sensoren, Batterien oder elektrochemische Reaktoren werden häufig in reinen organischen Medien oder gemischten Elektrolyten betrieben. Die Durchführung elektrochemischer Reaktionen in nichtwässrigen Medien hat einige wesentliche Vorteile gegenüber wässrigen Systemen, einer davon ist das breite elektrochemische Fenster vieler organischer Lösungsmittel im Vergleich zu Wasser. Obwohl die Elektrochemie in nichtwässrigen Medien ein breites Anwendungsspektrum hat, sind die dort ablaufenden elektrokatalytischen Prozesse noch nicht gut verstanden. Unser Ziel ist es, die Stabilität durch Auflösungsprofile verschiedener Elektrodenmaterialien in nichtwässrigen Elektrolyten unter streng kontrollierten Bedingungen zu untersuchen, um einen Einblick in die komplexen Reaktionsmechanismen zu erhalten, die an der Elektrodenoberfläche ablaufen.

Elektrochemische Umwandlung von elektrischem Strom in wertvolle Chemikalien

Elektrochemie ist die Verbindung von Elektrizität und Chemie. Daher ist es nur natürlich, dass bei der Lösung von Problemen, wie man Strom in Chemikalien umwandelt, die Elektrochemie im Vordergrund steht. Die organische Elektrochemie erfreut sich bereits großer Beliebtheit, allerdings wird in dieser Disziplin die Elektrochemie hauptsächlich als Werkzeug eingesetzt und den zugrundeliegenden Prozessen wird weniger Aufmerksamkeit geschenkt. Da diese Prozesse sehr kompliziert sind, ist es nicht einfach zu verstehen, was an den Elektroden geschieht. Unser Ziel ist es, die grundlegenden elektrokatalytischen Phänomene zu verstehen, um gezielte Synthesereaktionen besser steuern und ihre optimalen Bedingungen leichter finden zu können.