Elektrochemische Energiewandler und -speicher

Forschungsthemen des Clusters

  • Katalysatoren und Gasdiffusionselektroden für Brennstoffzellen
  • Werkstoffentwicklung, -charakterisierung, Oberflächenfunktionalisierung
  • Redox-Flow Batterien
  • Bifunktionelle Katalysatoren für Metall/Luft-Speichersysteme
  • Interkalationsmaterialien für die Al-Ion Batterie
  • Einsatz von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyten

Weltweit steigt der Energiebedarf. Gleichzeitig sind fossile Brennstoffe begrenzt, und über die Energiegewinnung aus Kohle und Atomspaltung wird kontrovers diskutiert.
Der Energiemix wird sich in den kommenden Jahren deshalb radikal verändern. Zu den wichtigsten Zielen der Bundesregierung bis 2050 zählt u.a. der Ausbau der erneuerbaren Energien auf 60% des Bruttoendenergieverbrauchs bzw. 80% des Bruttostromverbrauchs.
Um saisonale und wetterbedingte Schwankungen der Energiegewinnung auszugleichen, werden neue Energiespeicher benötigt. Eine Möglichkeit bieten elektrochemische Speicher, die vor allem dezentral zum Einsatz kommen, beispielsweise Elektrolyseure und Brennstoffzellen zur Wasserstoff-Erzeugung bzw. -Verbrennung, Doppelschicht-kondensatoren sowie Redox-Flow-, Lithium-Ionen- und Zink-Luft-Batterien im Vordergrund.

Beim Schwerpunkt Niedertemperatur-Brennstoffzelle steht momentan der Fokus auf der Entwicklung eines kathodenseitig drucklosen Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC)-Betriebs im Vordergrund. Weiterhin werden zur Vermeidung der Kathodenvergiftung durch Chromverdampfung für metallische Interkonnektoren in der Hochtemperatur-Brennstoffzelle (SOFC) sowohl elektrisch leitende als auch elektrisch isolierende Schutzschichten entwickelt.

Im Zuge der Energiewende sind einige BMBF-Projekte mit DFI-Beteiligung gestartet, bei denen innovative Konzepte zur zentralen bzw. dezentralen Energieversorgung, z.T. in Verbindung mit Stoffnutzung und Netzstabilisierung, weiter verfolgt werden. Im Verbundprojekt KEStro wird eine Biobrennstoffzelle zur Energieerzeugung aus Abwasser mit einem elektrochemischen Verfahren zum Spurenstoffabbau kombiniert, das als temporäre Energiesenke das Stromnetz bei Überangebot stabilisiert. Das Verbundprojekt TubulAir widmet sich der Entwicklung eines in zweierlei Hinsicht unkonventionellen Redox-Flow-Batterie-Designs. Zum einen wird das Redox-Paar V4+/V5+ durch eine Luft-Elektrode ersetzt, und zum anderen wird eine im Vergleich zum traditionellen planaren Design kostengünstigere tubuläre Variante erprobt.

Aufgrund ihres niedrigen Dampfdrucks und der extrem hohen elektrochemischen Stabilität stellen ionische Flüssigkeiten eine perspektivenreiche Alternative zu herkömmlichen alkalischen Elektrolyten in Metall/Luft-Batterien bzw. organischen Elektrolyten in Li-Ion-Batterien dar. Diese Fragestellung wird in den neuen grund­lagenorientierten AlSiBat- und LuZi-Projekten am Beispiel des primären Si/Luft- und der sekundären Al/Luft- bzw. Zink/Luft-Systeme eingehend untersucht. Im Zuge der Post-Lithium-Ära rücken u.a. neuartige Metall-Ionen-Batterien wie z.B. die Al-Ion-Batterie mit u.a. EMImCl-AlCl3 als Elektrolyt in den Vordergrund. Hierzu wurde seit kurzem das AlIon- EU-Vorhaben gestartet.

Jetzt Stifter werden