Forschung
Dynamische Multifrequenzanalyse
Die elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) ist eine g?ngige Technik, die in der Praxis zur Sch?tzung der kinetischen Parameter für die Prozesse an einer Grenzfl?che eingesetzt wird. Die Impedanz ist für lineare und station?re Systeme definiert. Wenn die Bedingung der Stationarit?t in der Praxis nicht erfüllt werden kann oder wenn das System künstlich driftet, kann die momentane Impedanz immer noch unter Berücksichtigung der Linearisierung des dynamischen Systems um verschiedene Betriebspunkte bewertet werden. Für die praktische Umsetzung eines solchen Konzepts hat die Gruppe eine Methode namens Dynamische Mehrfrequenzanalyse entwickelt, die auf der Durchlassbandfilterung von Mehrfrequenz-Spannungs- und Stromdaten basiert.
Elektronen-Ionen Transfer an der Grenzfl?che
Das Herzstück aller elektrochemischer Prozesse ist die Grenzfl?che zwischen Elektrode und Elektrolyt, an der sich komplexe physikalische und chemische Ph?nomene über weite r?umliche und zeitliche Skalen entfalten. Der Elektronentransfer von der Elektrode wird in der Regel durch die Butler-Volmer-Gleichung oder die Marcus-Theorie modelliert, die beide von den thermodynamischen Eigenschaften der beteiligten Spezies - wie Konzentration, Redoxpotential und ?berspannung - beeinflusst werden. In der Zwischenzeit erfolgt der Ionentransport durch Migration in elektrischen Feldern und Diffusion und kann die Adsorption an Oberfl?chen oder die Einfügung in feste Gitter beinhalten. Diese Prozesse koppeln sich in der elektrischen Doppelschicht, einem Bereich mit gebrochener elektrischer Neutralit?t, in dem zus?tzliche Effekte - wie die Frumkin-Korrektur - die Dynamik weiter verkomplizieren. In unserer Gruppe werden diese Grenzfl?chenph?nomene mit fortschrittlichen elektrochemischen Techniken wie der dynamischen Multifrequenzanalyse untersucht, die innovativ mit der Quarzkristall-Mikrowaage kombiniert wird.
Modellierung von elektrochemischen Systemen
Im Rahmen dieser Forschung wird die multiphysikalische Modellierung von Energiespeichersystemen untersucht. Zu den Zielen geh?ren die Entwicklung robuster, originalgetreuer Modelle für Batterien, die unter extremen Bedingungen arbeiten, die Erfassung von Ph?nomenen an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfl?che, die Optimierung von Materialeigenschaften und die Vorhersage von Degradationsmechanismen. Zu den wichtigsten Anwendungen geh?ren verschiedene Batterietypen und Superkondensatoren. Darüber hinaus wird die dynamische elektrochemische Impedanzspektroskopie (DEIS) modelliert, um das Verst?ndnis und die Leistung dieser Systeme zu verbessern, und wird zur Charakterisierung spezifischer elektrochemischer Prozesse (z.B.) Redoxreaktionen und Wasserstoffentwicklung) eingesetzt.
Alterung von Lithium Ionen Batterien
Für die Verbreitung von Batterien in verschiedenen technologischen Sektoren ist es von entscheidender Bedeutung, die Mechanismen und Ursachen für die Degradation der Zellen zu verstehen. Physikalisch basierte Modell sind genau, aber rechenaufw?ndig zu l?sen, und ihre Reduktion auf einfachere Symmetrien k?nnte die F?higkeit zur Darstellung der Alterung verlieren. Der alternative Ansatz der datengesteuerten Modellierung behandelt die Zelle als eine "Black Box", in der die Input-Output-Beziehung mit statistischen Methoden modelliert wird. Unsere Gruppe konzentriert sich auf die Verwendung von nicht-station?ren Breitband-Impedanzdaten (100kHz-10mHz) als Quelle für die Parametrisierung solcher statistischer Modelle sowie von intern entwickelten Mehrskalenmodellen ("Grey-Box"-Modell).
Aufladbare w?ssrige Metall-Ionen Batterien
Wir treiben die nachhaltige Energiespeicherung durch die Entwicklung wiederaufladbarer w?ssriger Metall-Ionen-Batterien voran, wobei wir uns auf Zink-Ionen-Systeme konzentrieren. Diese Batterien sind sicher, kostengünstig und umweltfreundlich und eignen sich daher ideal für gro? angelegte Anwendungen wie die Netzspeicherung. Unsere Forschung untersucht die Mechanismen der Zink-Ionen-Speicherung und entwickelt neue Elektrodenmaterialien und Elektrolyte, um die Effizienz, Lebensdauer und Energiedichte zu erh?hen. Durch die Kombination von Materialwissenschaft, Elektrochemie und Systemtechnik wollen wir Hochleistungsbatterien für eine widerstandsf?hige, kohlenstoffarme Energiezukunft entwickeln.
Lithium Rückgewinnung
Elektrochemisches Ionenpumpen (EIP) ist ein Verfahren zur Gewinnung von Lithiumionen aus natürlichen Solen, wie z.B. geothermischem Wasser. Es k?nnte die steigende weltweite Nachfrage nach Lithium und die mit der derzeitigen Gewinnungsmethode verbundenen ?kologischen Probleme l?sen. Bei EIP-Verfahren flie?en die hochvolumige Einsatzl?sung und eine niedrigvolumige Rückgewinnungsl?sung abwechselnd durch den Reaktor, w?hrend abwechselnd ein negativer und positiver elektrischer Strom angelegt wird. Die lithiumselektive Arbeitselektrode f?ngt die Li+-Ionen aus der Einsatzl?sung auf und gibt sie an die Rückgewinnungsl?sung ab. Zur Erfüllung des Ladungsausgleichs interkaliert und de-interkaliert eine lithiumexklusive Gegenelektrode Kationen. Die daraus resultierende Erh?hung der Li+ Konzentration erm?glicht die Ausf?llung.