Elektrokatalyse: von der Synthese zum Bauteil

Projekte und Kooperationen

Laufende Projekte

Helmholtz Young Investigator Program (2022 – 2027)

Danksagung: Impuls- und Vernetzungsfonds der Helmholtz-Gemeinschaft (Helmholtz Young Investigator Group VH-NG-1719)

Unser übergeordnetes Ziel ist die Entwicklung kostengünstiger, effizienter und stabiler Pulverkatalysatorschichten, die durch die Kombination von Übergangsmetalloxid- (TMO) und MXene-Materialien für die auf Protonenaustauschmembranen (PEM) und Alkaliaustauschmembranen (AEM) basierende Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) in praktischen Geräten hergestellt werden, indem wir diese Materialien durch In-situ-/Operando-Messungen verstehen. Wir gehen davon aus, dass die TMOs die aktiven Zentren für die OER bereitstellen, während die MXene eine große Oberfläche und einen hydrophilen Träger für die TMOs bereitstellen und gleichzeitig die Leitfähigkeit in der Katalysatorschicht erhöhen. Die Stabilität des TMO/MXene-Hybrids wird letztendlich im Vergleich zu den TMO- und nur MXene-Materialien verbessert, da die TMO-Materialien an den Randstellen der MXene-Oberfläche anhaften bzw. sich in unmittelbarer Nähe dieser befinden, wodurch die MXene-Materialien unter OER-Bedingungen im Wesentlichen vor dem Abbau geschützt werden. Da die TMO-Materialien an das MXen gebunden werden, werden die Elektronentransfer- und Leitfähigkeitseigenschaften der TMO-Materialien verbessert, was auch die Stabilität der TMO-Materialien unter OER-Bedingungen erhöhen sollte.

Im Gegensatz zu den meisten Forschungsarbeiten im Bereich neuer Katalysatoren für OER wird diese Forschung mit tatsächlichen PEM- und AEM-Geräten in Verbindung mit der herkömmlichen Drei-Elektroden-Zellenkonfiguration durchgeführt, um die Erprobung der neuen TMO/MXene-Materialien unter realistischen Bedingungen zu ermöglichen.

CatLab

CatLab - Das Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), das Fritz-Haber-Institut der Max-Planck-Gesellschaft (FHI) und das Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion (CEC) haben ihre Kompetenzen in der Katalyseforschung, Dünnschicht-, Nanotechnologie und Operando-Analyse gebündelt, um CatLab ins Leben zu rufen. In Synergie mit der Humboldt-Universität zu Berlin, den Partnern von UniSysCat und der Industrie möchte CatLab zukunftsweisendes Wissen generieren und wichtige technologische Lösungen für den Aufbau einer grünen Wasserstoffwirtschaft bereitstellen.

Deutscher Akademischer Austauschdienst (DAAD) e.V.

Wir haben verschiedene Doktoranden und Postdocs, die in der Gruppe über DAAD-Förderpfade gefördert werden, zu denen auch die ERA Fellowships – Green Hydrogen gehören (ERA Fellowships - Green Hydrogen - DAAD).

H2Demo

H2Demo - Ziel des H2Demo-Projekts ist die Produktion erster Großdemonstratoren für die direkte solare Wasserstoffproduktion. Dabei handelt es sich um die Absorption von Sonnenlicht in einer Halbleiterstruktur, die eine ausreichend große Photospannung > 1,6 Volt erzeugt, um Wasser direkt in Wasserstoff und Sauerstoff zu zerlegen. Im Projekt werden besonders vielversprechende Tandemabsorber aus GaAsP/Si entwickelt, die beste Chancen auf Wirtschaftlichkeit in Kombination mit hoher Effizienz und Skalierbarkeit haben.

Innopool

Innopool - Das Innovationspool-Projekt „Solarer Wasserstoff: hochrein und komprimiert“ zielt darauf ab, sowohl die wissenschaftlichen Erkenntnisse als auch die technologische Reife verschiedener realisierbarer Technologien zur Umwandlung von Sonnenenergie in Wasserstoff (H2) zu verbessern. Zur Halbzeit des Projekts ist in der Zeitschrift „Angewandte Chemie International Edition“ ein Übersichtsartikel erschienen, der sich mit den technologischen Methoden zur Herstellung von komprimiertem und hochreinem Wasserstoff aus Solarenergie beschäftigt. Ziel dieser umfangreichen Arbeit, an der mehrere Helmholtz-Zentren beteiligt waren, war es, eine klare Aussage zum Status Quo der technologisch erreichbaren H2-Reinheits- und Druckniveaus zu geben. Auf diese Weise können zukünftige Entwicklungschancen identifiziert und potenziell verfolgt werden.

Kooperationen

Prof. Roel van de Krol und Dr. Karsten Harbauer, HZB.

Prof. Rutger Schlatmann und Dr. Iver Lauermann, PVcomB, HZB.

Dr. Tristan Petit, Helmholtz-Zentrum Berlin, HZB.

Dr. Thorsten Schultz und Prof. Norbert Koch, Humboldt Universität and HZB.

Prof. Nicola Pinna, Humboldt Universität.

Prof. Valeria Nicolosi, Trinity College Dublin, TCD.

Prof. Zdenek Sofer, UCT Prague

Prof. Johanna Rosen, Linköping University.