Grundlagen der Elektrochemie (IEK-9)

Elektrochemische Prozess- und Systemtechnologie

Wissenschaftlich-technische Kernkompetenz der Abteilung „Elektrochemische Prozess- und Systemtechnologie“ ist die Entwicklung, Charakterisierung und Optimierung von Hochtemperatur-Elektrolyse- und Brennstoffzellen-Stacks und Systemen. Hierzu werden Stacks sowie Anlagen und Anlagenkomponenten konzipiert, ausgelegt, konstruiert, modelliert, aufgebaut sowie getestet und elektrochemisch analysiert. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen entwickelte thermomechanische und verfahrenstechnische Modelle dienen zur Optimierung der Komponenten und der Anlagen sowie zur Bewertung unterschiedlicher Konzepte.

Elektrochemie

Wissenschaftliche Kompetenzfelder der Abteilung ELEKTROCHEMIE sind die experimentelle Erforschung elektrochemischer und kinetischer Eigenschaften des Ladungs-Transports und der Grenzflächenreaktionen in Batterien, Brennstoffzellen und Elektrolyseure, sowie die Primärsynthese neuer ionenleitender und elektrokatalytisch aktiver Materialien. Parallel zu den experimentellen Untersuchungen werden elektrochemisch relevante Eigenschaften der Materialien, sowie Prozesse und Mechanismen modelliert.

Funktionsmaterialien und Komponenten

Spektroskopie

Die Abteilung "Spektroskopie" beschäftigt sich mit der Konzeption, Entwicklung, Durchführung und Auswertung von niederenergetischen spektroskopischen Experimenten an Materialien und – in operando – an ganzen Zellen für die elektrochemische Energiespeicherung und -Wandlung. Insbesondere nutzen wir die Kernspinresonnaz (NMR) und die Elektronenspinresonanz (EPR) sowie die elektrochemischen Impedanzspektroskopie (EIS), um dynamische Prozesse multiskalig von Nanosekunden bis zur Lebensdauer einer Batterie, Brennstoffzelle oder Elektrolyseur und strukturelle Eigenschaften auf Längenskalen von Nanometer bis Millimeter zu verstehen. Ziel ist es dabei, experimentelle Grundlagen für eine exakte theoretische Beschreibung sowie eine wissensbasierte Verbesserung der eingesetzten Materialien in Bezug auf Leistungsfähigkeit, Lebensdauer und Sicherheit zu erreichen.

Theoretische Elektrochemie und Datenwissenschaft

Die Abteilung ”Theoretische Elektrochemie und Datenwissenschaften” beschäftigt sich damit, Synergien zwischen der weitreichenden experimentellen Expertise des IEK-9 und modernsten Methoden der theoretischen Simulation und Datenverarbeitung zu schaffen. Unser spezieller Fokus liegt auf der atomistischen Untersuchung von Grenz- und Oberflächenstrukturen sowie den in diesem komplexem Umfeld stattfindenen Prozessen, die für elektrokatalytische und energiespeichernde Technologien entscheidend sind. Dabei bedienen wir uns vielfältiger Methoden der multiskaligen Modellierung, modernstem maschinellem Lernen und der Simulation spektroskopischer Verfahren.