Energie-Materialien

Wir entwickeln elektrochemische Energiespeichermaterialien, innovative Wassertechnologien und umweltfreundliche Recyclingmethoden.

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)681-9300-151
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)681-9300-208
Telefon: +49 (0)681-9300-402
Telefon: +49 (0)681-9300-155/217
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

Functional Gel-Based Electrochemical Energy Storage

Ruthes, Jean G. a. | Arnold, Stefanie | Prenger, Kaitlyn | Jaski, Ana C. | Klobukoski, Vanessa | Riegel-Vidotti, Izabel C. | Presser, Volker

Chemistry of Materials , 2024, 36 (12), 5861-5877.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.4c00321

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Nitrogen-Doped Graphene-Like Carbon Intercalated MXene Heterostructure Electrodes for Enhanced Sodium- and Lithium-Ion Storage

Liang, Kun | Wu, Tao | Misra, Sudhajit | Dun, Chaochao | Husmann, Samantha | Prenger, Kaitlyn | Urban, Jeffrey J. | Presser, Volker | Unocic, Raymond R. | Jiang, De-en | Naguib, Michael

Advanced Science , 2024, xxx (xxx), xxx.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202402708

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Continuous Lithium-Ion Extraction From Seawater and Mine Water With a Fuel Cell System and Ceramic Membranes

Kök, Cansu | Wang, Lei | Ruthes, Jean Gustavo A. | Quade, Antje | Suss, Matthew E. | Presser, Volker

Energy & Environment Materials , 2024, xxxx (xxx), e12742.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/eem2.12742

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Removal of Mo(VI), Pb(II), and Cu(II) from wastewater using electrospun cellulose acetate/chitosan biopolymer fibers

Lopez, Esmeralda | Gómez, Mauricio | Becar, Ian | Zapata, Paula | Pizarro, Jaime | Navlani-García | Cazorla-Amorós, Diego | Presser, Volker | Gómez, Tatiana | Cárdenas, Carlos

International journal of biological macromolecules , 2024, 269 (Part 2), 132160.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813024029659?via%3Dihub

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Emerging Frontiers in Multichannel Membrane Capacitive Deionization: Recent Advances and Future Prospects

Kim, Hyunjin | Kim, Seonghwan | Lee, Byeongho | Presser, Volker | Kim, Choonsoo

Langmuir , 2024, 40 (9), 4567-4578.
https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.langmuir.3c03648

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Hydrogen densification in carbon nanopore confinement: Insights from small-angle neutron scattering using a hierarchical contrast model

Stock, Sebastian | Seyffertitz, Malina | Kostoglou, Nikolao | Rauscher, Max Valentin | Presser, Volker | Demé, Bruno | Cristiglio, Viviana | Paris, Oskar

Carbon , 2024, 221 118911.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622324001301

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Reflecting on a year of innovation and looking ahead: the exciting future of energy materials and green energy
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Direct lithium extraction: A new paradigm for lithium production and resource utilization

Farahbakhsh, Javad | Arshadi, Faezeh | Mofidi, Zahra | Mohseni-Dargah, Masoud | Kök, Cansu | Assefi, Mohammad | Soozanipour, Asieh | Zargar, Masoumeh | Asadnia, Mohsen | Boroumand, Yasaman | Presser, Volker | Razmjou, Amir

Desalination , 2024, 575 117249.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916423008810

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High-Performance Lithium-Ion Batteries with High Stability Derived from Titanium-Oxide- and Sulfur-Loaded Carbon Spherogels

Bornamehr, Behnoosh | Arnold, Stefanie | Dun, Chaochao | Urban, Jeffrey J. | Zickler, Gregor A. | Elsaesser, Miachel S. | Presser, Volker

ACS Applied Materials & Interfaces , 2024, 16 (5), 5881-5895.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.3c16851

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Black goes green: single-step solvent exchange for sol-gel synthesis of carbon spherogels as high-performance supercapacitor electrodes

Salihovic, Miralem | Pameté, Emmanuel | Arnold, Stefanie | Sulejmani, Irena | Bartschmid, Theresa | Hüsing, Nicola | Fritz-Popovski, Gerhard | Dun, Chaochao | Urban, Jeffrey J. | Presser, Volker | Elsaesser, Miachel S.

Energy Advances , 2024, 3 (2), 482-494.
https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2024/ya/d3ya00480e

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