Batterien und Brennstoffzellen

Unsere Leistungen

Vom Partikel bis zur Zelle:
> Pulversynthese von Edelmetall- und Oxid-Katalysatoren
> Physikochemische Charakterisierung
> Elektrodenbeschichtung
> Test von Elektrodenmaterialien in PEM-, DMFC-, SOFC- und SOEC-Messständen
> Test von Pulvermaterialien im Glas- bzw. Edelstahlrohrreaktor bis zu 900 °C / 10 bar samt Gasanalyse mittels Gaschromatographie
> Elektrochemische Charakterisierung von Flow Batterie-Komponenten in Labor-Zellen und Testständen

Nasschemische Synthesen vom Batch- zum Kontibetrieb:
> Bestimmung der Kinetik nasschemischer Feststoffsynthesen
> Einsatz einer hochflexiblen, kontinuierlichen Anlage mit angepasster Verweilzeitverteilung
> Organische und wässrige Synthese von Feststoffen bei bis zu 150 °C und 5 bar
> Optional mikrowellengestützte Synthesen
> Produktion spezifischer Pulvermaterialien von bis zu 250 g pro Woche
> Auslegung, Planung und Bau einer maßgeschneiderten Anlage im Labormaßstab

Unser Ziel für die Gesellschaft ist die nachhaltige Energieversorgung mittels erneuerbarer Energien. Dafür sind zukunftsfähige Batterien- und Brennstoffzellentechnologien für die Speicherung und Umwandlung erneuerbarer Energien nötig.

Im Bereich Solar- und Windstrom gewinnt aktuell die Redoxflow-Technologie zunehmend an Bedeutung. Aber auch der Einsatz von Elektrolyseuren trägt zur Erschließung neuer Rohstoffquellen z.B. auf CO₂-Basis (»Power-to-Fuel«) bei. Unsere Forschungsteams Angewandte Elektrochemie, Energiespeicher und -wandler sowie Nachhatlige Elektrochemie verfügen über langjährige Expertise im Bereich Batterien und Brennstoffzellen. Für die Bearbeitung von Industrieprojekten steht unseren Wissenschaftlern ein breites Angebot an Methoden zur Verfügung. Wir können unsere Partner von der Katalysator-Entwicklung bis zur Charakterisierung industrieller Batteriekomponenten begleiten. Dazu lassen sich am Institut beispielsweise Katalysatorsynthesen, Elektrodenbeschichtungen, elektrochemische Tests in Laborzellen und praxisnahe Tests in Batterietestständen durchführen.

Zur Charakterisierung von Flow-Batterie-Komponenten (Elektroden, Membranen, Elektrolyte) stehen mehrere Labor-Teststände sowie ein kommerzieller Teststand zur Verfügung. Die Alterung der Materialien wird in Langzeit-Tests untersucht. Zum Online-Monitoring des Ladezustandes wenden wir elektrochemische und spektroskopische Methoden an.

Einer der Messstände ermöglicht die Untersuchung der Aktivität und Selektivität von Pulvermaterialien in einem Glas- bzw. Edelstahlrohrreaktor bei bis zu 900 °C /10 bar. Zudem wird dort auch die Gasanalyse mit Gaschromatographie durchgeführt. Batterie-/Brennstoffzellen- Komponenten können unter Halbzellen- und Vollzellen-Bedingungen untersucht werden, und es werden zahlreiche elektrochemische Methoden, wie Zyklovoltammetrie und Impedanzspektroskopie, angewendet.

Maßgeschneiderte Edelmetall- und Oxid-Katalysatoren im Maßstab von einigen Gramm bis zu 100 Gramm lassen sich ebenfalls synthetisieren. Dazu werden unterschiedliche nasschemische Routen wie z.B. Sol/Gel, Imprägnierung/ Reduktion und Hydrothermal eingesetzt und die hergestellten Katalysatoren umfassend charakterisiert. Es kommen verschiedene Beschichtungstechniken wie z.B. Siebdruck, Ultraschall-Sprühen, Doctor Blade und Kalandrieren zum Einsatz.

Die elektrochemische Umsetzung von Ausgangsstoffen mit Hilfe von Gasdiffusionselektroden (GDE) gewinnt vermehrt an Bedeutung. Als Beispiele sind die Wasserstoff-Oxidation in Brennstoffzellen sowie die Sauerstoff- Reduktion in Brennstoffzellen und Metall/Luft-Batterien zu nennen. Bei großtechnischen Verfahren wird die elektrochemische Stoffnutzung von CO₂ beispielsweise zur Herstellung von Methanol oder Synthesegas zukünftig eine Rolle spielen. Auf dem Gebiet der technischen Elektrolysen stellt die Entwicklung der Sauerstoffverzehr-Kathode eine wesentliche Innovation der Chloralkali-Elektrolyse dar.