Hauptinhalt

Energiematerialien

Feststoffbatterien

In unserer AG forschen wir an den Batterien der Zukunft, die einmal herkömmliche Lithium Ionen Batterien ablösen sollen. Vielversprechend sind hier Feststoffbatterien auf Lithium oder Natrium Basis, die anstelle eines flüssigen Elektrolyten einen Feststoff verwenden. Dies ermöglicht den Einsatz von neuen Anodenmaterialien, was die Energiedichte gegenüber konventionellen Lithium Ionen Batterien erhöht. Außerdem erhöht sich die Sicherheit durch den Einsatz von nicht flammbaren Materialien und die Temperaturstabilität. Allerdings müssen noch einige Herausforderungen gelöst werden, bis Feststoffbatterien Lithium Ionen Batterien ablösen werden. Insbesondere die Grenzflächen zwischen Festelektrolyt und Anode bzw. Kathode stellt ein Problem dar, da sich hier ungewollte Phasen ausbilden oder die Materialien voneinander ablösen können, so dass der Ionen Transport blockiert wird. Um diese Probleme zu vermeiden ist ein fundamentales Verständnis der Materialien nötig. Um die chemische Zusammensetzung und Struktur der Materialien auf bis zu atomarer Ebene zu untersuchen, nutzen wir unsere leistungsfähigen Elektronenmikroskope. Ein beispielhafter Ablauf der Untersuchung von Batteriematerialien können Sie in dem Video des Festbatt Projekts sehen.

Brennstoffzellen

Grüner Wasserstoff wird eine entscheidende Rolle in der Energiewende spielen. Um grünen Wasserstoff herzustellen benötigen wir Elektrolyseure und um aus gespeicherten Wasserstoff wieder elektrischen Strom zu gewinnen Brennstoffzellen. Auf diesem Feld erforschen wir protonenleitende Feststoffe, die als Elektrolyt in Elektrolyseuren und Brennstoffzellen eingesetzt werden können. Genauer untersuchen wir, wie sich Doping Atome auf die Morphologie und Struktur der Materialien auswirken. Außerdem wollen wir an diesen Materialien die Methode der impulsaufgelösten Rastertransmissionselektronenmikroskopie weiterentwickeln, bei der die Elektronen des Mikroskops durch elektrische Felder im Material abgelenkt werden und somit Rückschlüsse über elektrische Felder in der Probe möglich werden.

Solarzellen zur direkten Wasserspaltung

Ein anderer Ansatz, um grünen Wasserstoff zu gewinnen, ist die Methode der direkten Wasserspaltung durch Solarzellen. Dafür werden sogenannte Tandem Solarzellen, bei denen zwei verschiedene Solarzellen übereinandergestapelt werden, eingesetzt. Diese absorbieren unterschiedliche Bereiche des Sonnenspektrums, so dass sich die Gesamtspannung  der Solarzelle auf über 1.7 V erhöht, um Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff spalten zu können. Hier versuchen wir verschlechterte Leistungscharakteristiken der Solarzellen mit strukturellen Defekten zu korrelieren, um die Materialien optimieren zu können. Wie bei den Brennstoffzellen soll auch hier die Methode der impulsaufgelösten Rastertransmissionselektronenmikroskopie eingesetzt werden, um elektrische Felder an den pn-Übergängen der Solarzelle zu vermessen.