Energie-Materialien

Wir entwickeln elektrochemische Materialien für Energiespeicherung, innovative Wassertechnologien und ökologisches Recycling.

Die Forschungsabteilung für Energie-Materialien entwickelt Materialien, die Ionen und elektrische Ladung  effektiv über verschiedene Längenskalen transportieren und speichern. Unsere Materialien transportieren und speichern Ionen sowie elektrische Ladungen effektiv über verschiedene Längenskalen. Wir fokussieren auf nanoporöse Kohlenstoffe, Oxide, Carbide und Sulfide sowie deren Hybridisierung. Unser Workflow umfasst Materialsynthese, umfassende Materialcharakterisierung, elektrochemisches Benchmarking und In-situ-Analyse.

Ein Schwerpunkt liegt auf 2D-Materialien wie MXene und MBene, die in Superkondensatoren und Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien der übernächsten Generation eingesetzt werden können. Diese Materialien ermöglichen auch elektrochemische Entsalzung und Ionenrückgewinnung aus Wasser.

Wir nutzen vielfältige Charakterisierungsmethoden für tiefgreifendes Verständnis und setzen auf digitale Techniken in der prädiktiven Materialforschung. Unsere Kooperationen reichen von internationaler Grundlagenforschung bis zu industriellen Projekten.

Prof. Dr. Volker Presser
Leiter Energie-Materialien

Kontakt

Stellvertretender Leiter
M.Sc. Jean Gustavo de Andrade Ruthes
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-218
Laborsicherheitsbeauftrage
M.Sc. Zeyu Fu
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-368
Sekretärin
Sylvia de Graaf
Sekretärin
Telefon: +49 (0)681-9300-501
Mitarbeiter/innen
Telefon: +49 (0)681-9300-217
Telefon: +49 (0)681-9300-151
Telefon: +49 (0)681-9300-218
Telefon: +49 (0)681-9300-368
Telefon: +49 (0)681-9300-108/251
Telefon: +49 (0)681-9300-374
Telefon: +49 (0)681-9300-268
Telefon: +49 (0)681-9300-374
Telefon: +49 (0)681-9300-135
Telefon: +49 (0)681-9300-230
Telefon: +49 (0)681-9300-liud
Telefon: +49 (0)681-9300-157
Telefon: +49 (0)681-9300-208
Telefon: +49 (0)681-9300-108/251
Telefon: +49 (0)681-9300-155/217
Telefon: +49 (0)681-9300-108/251
Telefon: +49 (0)681-9300-365
Telefon: +49 (0)681-9300-365
Telefon: +49 (0)681-9300-402
Telefon: +49 (0)681-9300-268
Forschung

Materialsynthese

Wir entwickeln, analysieren und wenden elektrochemisch aktive Materialien an um elektro-integrativ elektrochemische Aktivität mit elektrischer Leitfähigkeit zu verbinden. Hierzu besonders gut geeignet sind insbesondere Hybridmaterialien mit nanoskaligen Eigenschaften. Wir nutzen Techniken wie Sol-Gel-Verfahren, Atomlagenabscheidung und Elektrospinnen, und charakterisieren unsere Materialien durch vielfältige Methoden, wie zum Beispiel Elektronenmikroskopie, Röntgendiffraktion und Schwingungsspektroskopie. Diese Aktivitäten werden durch in situ und in operando Methoden ergänzt, um Prozesse und Mechanismen zu quantifizieren. Unser Materialportfolio umfasst viele verschiedene Materialien mit Schwerpunkt auf Kohlenstoffmaterialien und 2D-Materialien wie MXene, sowie Metalloxide und Konversionsmaterialien.

Energiespeicher

Elektrochemische Energiespeicherung ist ein zentraler Baustein nachhaltiger Technologien zur Umwandlung und Rückgewinnung von Energie. Wir entwickeln Elektrodenmaterialien der nächsten und übernächsten Generation für Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien, Superkondensatoren und Hybridsysteme. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf neuartige wie MXene, Hochentropiematerialien und nanoskalierten Hybridmaterialien. Wir setzen eine Vielzahl von Synthese- und Charakterisierungsmethoden ein, um Interkalations-, Konversions- und Legierungsreaktionen zu nutzen, die die Speicherkapazität und die Lade-/Entladeraten verbessern. Digitalisierung und Modellierung von Energiematerialien und Elektrodenherstellung ergänzen unser Forschungsportfolio, welches eine Bandbreite von Grundlagenforschung bis hin zu Industriepartnerschaften umfasst.

Wassertechnologien

Energiematerialien sind nicht nur interessant für traditionelle elektrochemische Energiespeicherung, sondern auch für neuartige Wassertechnologien. Durch Prozesse, ähnlich denen für Batterien und Superkondensatoren, also Redoxprozesse (Ioneninterkalation, Legierung und Konversionsreaktionen) und Ionenelektrosorption, ist es möglich, kontrolliert Ionen aufzunehmen und wieder abzugeben. Damit ist es möglich, selbst spezifische Ionen selektiv zu immobilisieren und zu extrahieren, ohne dass für diesen Prozess hoher Druck oder Filtermembranen benötigt werden. Stattdessen kommen elektrochemische Prozesse und ionenselektive Materialien zum Einsatz. Wir widmen uns insbesondere den Themen der Meerwasserentsalzung, Lithium-Ionen-Extraktion und die Entfernung von Schwermetallionen. Unsere Vision ist es, elektrochemische Prozesse für eine Reihe von Elementen und Verbindungen für energieeffiziente Entsalzung im Hinblick auf kreislauforientierte Materialnutzung, lokale Elementgewinnung und Schadstoffentfernung zu entwickeln.

Publikationen

Charge-transfer materials for electrochemical water desalination, ion separation and the recovery of elements

Srimuk, Pattarachai | Su, Xiao | Yoon, Jeyong | Aurbach, Doron | Presser, Volker

Nature Reviews Materials , 2020, 5 517–538.
https://doi.org/10.1038/s41578-020-0193-1

Redox Flow Battery for Continuous and Energy-Effective Lithium Recovery from Aqueous Solution

Wang, Lei | Arnold, Stefanie | Ren, Panyu | Wang, Qingsong | Jin, Jun | Wen, Zhaoyin | Presser, Volker

ACS Energy Letters , 2022, 7 (10), 3539-3544.
https://doi.org/10.1021/acsenergylett.2c01746

OPEN ACCESS Weiterlesen
The Many Deaths of Supercapacitors: Degradation, Aging, and Performance Fading

Pameté, Emmanuel | Köps, Lukas | Kreth, Fabian A. | Pohlmann, Sebastian | Varzi, Alberto | Brousse, Thierry | Balducci, Andrea | Presser, Volker

Advanced Energy Materials , 2023, 13 (29), 2301008.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.202301008

OPEN ACCESS Weiterlesen
Continuous transition from double-layer to Faradaic charge storage in confined electrolytes

Fleischmann, Simon | Zhang, Yuan | Wang, Xuepeng | Cummings, Peter T. | Wu, Jianzhong | Simon, Patrice | Gogotsi, Yury | Presser, Volker | Augustyn, Veronica

Nature Energy , 2022, xxx xxx.
https://doi.org/10.1038/s41560-022-00993-z

OPEN ACCESS Weiterlesen
Design of high-performance antimony/MXene hybrid electrodes for sodium-ion batteries

Arnold, Stefanie | Gentile, Antonio | Li, Yunjie | Wang, Qingsong | Marchionna, Stefano | Ruffo, Riccardo | Presser, Volker

Journal of Materials Chemistry A , 2022, 10 (19), 10569-10585.
http://dx.doi.org/10.1039/D2TA00542E

OPEN ACCESS Weiterlesen