Humboldt-Stipendiat forscht an Batterien am HZB
Dr. Wenxi Wang entwickelt organische Elektroden für Lithium-Schwefel- und Zink-Ionen-Batterien und untersucht Wechselwirkungen zwischen Ionen und Wirtsmaterialien. © arö/HZB
Dr. Wenxi Wang forscht mit einem Postdoktoranden-Stipendium der Humboldt-Stiftung im Team von Prof. Yan Lu. Der Chemiker hat an der Southern University of Science and Technology in Shenzhen, China, studiert und an der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien seine Doktorarbeit abgeschlossen. Er hat sich auf das Design von organischen Elektroden für Lithium-Schwefel- und Zink-Ionen-Batterien spezialisiert und untersucht Wechselwirkungen zwischen den Ionen und den Wirtsmaterialien.
„Am Helmholtz-Zentrum Berlin finde ich hervorragende Bedingungen, um meine Forschung zu vertiefen“, sagt Wenxi Wang. Die Gruppe von Prof. Yan Lu verfügt über umfangreiche Erfahrungen in der Synthese und Charakterisierung von neuartigen Elektrodenmaterialien und über modernste Infrastrukturen für die Batterieforschung. Darüber hinaus bietet die Röntgenquelle BESSY II am HZB eine Vielfalt an spektroskopischen Methoden, um in Echtzeit elektrochemische Reaktionen zu analysieren.
Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S) gelten aufgrund ihrer extrem hohen Energiedichten und günstigen Ausgangsmaterialien als eine der interessantesten Technologien, um Lithium-Ionen-Batterien zu ersetzen. Dennoch bleibt ihre Leistung noch weit hinter den Erwartungen zurück, was unter anderem an Polysulfid-Zwischenprodukten liegt, die sich während er Ladezyklen bilden. Poröse Wirtsmaterialien können solche Polysulfide einschließen, was die Energiedichte von Li-S-Batterien sowie ihre Lebensdauer verbessert.
„Mein Forschungsvorhaben konzentriert sich auf die Entwicklung von Wirtsmaterialien auf Kohlenstoffbasis (Covalent Organic Frameworks, COF) mit geeigneten Porengrößen und funktionellen Gruppen, um solche Hochleistungs-Li-S-Batterien zu ermöglichen“, sagt Wang.
- Grüner Wasserstoff: Käfigstruktur verwandelt sich in effizienten KatalysatorClathrate zeichnen sich durch eine komplexe Käfigstruktur aus, die auch Platz für Gast-Ionen bietet. Nun hat ein Team erstmals untersucht, wie gut sich Clathrate als Katalysatoren für die elektrolytische Wasserstoffproduktion eignen. Das Ergebnis: Effizienz und Robustheit sind sogar besser als bei den aktuell genutzten Nickel-basierten Katalysatoren. Dafür fanden sie auch eine Begründung. Messungen an BESSY II zeigten, dass sich die Proben während der katalytischen Reaktion strukturell verändern: Aus der dreidimensionalen Käfigstruktur bilden sich ultradünne Nanoblätter, die maximalen Kontakt zu aktiven Katalysezentren ermöglichen. Die Studie ist in „Angewandte Chemie“ publiziert.
- Optische Innovationen für Solarmodule – Was bringt den Ausbau am meisten voran?Im Jahr 2023 erzeugten Photovoltaikanlagen weltweit mehr als 5% der elektrischen Energie und die installierte Leistung verdoppelt sich alle zwei bis drei Jahre. Optische Technologien können die Effizienz von Solarmodulen weiter steigern und neue Einsatzbereiche erschließen, etwa in Form von ästhetisch ansprechenden, farbigen Solarmodulen für Fassaden. Nun geben 27 Fachleute einen umfassenden Überblick über den Stand der Forschung und eine Einschätzung, welche Innovationen besonders zielführend sind. Der Bericht, der auch für Entscheidungsträger*innen in der Forschungsförderung interessant ist, wurde von Prof. Christiane Becker und Dr. Klaus Jäger aus dem HZB koordiniert.
- Katalyseforschung mit dem Röntgenmikroskop an BESSY IIAnders als in der Schule gelernt, verändern sich manche Katalysatoren doch während der Reaktion: So zum Beispiel können bestimmte Elektrokatalysatoren ihre Struktur und Zusammensetzung während der Reaktion verändern, wenn ein elektrisches Feld anliegt. An der Berliner Röntgenquelle BESSY II gibt es mit dem Röntgenmikroskop TXM ein weltweit einzigartiges Instrument, um solche Veränderungen im Detail zu untersuchen. Die Ergebnisse helfen bei der Entwicklung von innovativen Katalysatoren für die unterschiedlichsten Anwendungen. Ein Beispiel wurde neulich in Nature Materials publiziert. Dabei ging es um die Synthese von Ammoniak aus Abfallnitraten.