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Institut für Energie- und Klimaforschung

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Physikalisch-Chemisches Brennstoffzellenlabor

BZL

In der Abteilung „Physikalisch-Chemisches Brennstoffzellenlabor“ werden die grundlegenden Struktur/Wirkungsbeziehungen komplexer Vorgänge in elektrochemischen Energiewandlern untersucht, um Wege zu deren Verbesserung aufzuzeigen. Im Mittelpunkt stehen die physikalisch-chemischen Eigenschaften und das elektrochemische Verhalten von Komponenten und Modellzellen. Zum Einsatz kommen neben elektrochemischen Analysemethoden verschiedene in-situ- und ex-situ-Techniken wie bildgebende Analysemethoden, Schwingungsspektroskopie, Röntgendiffraktometrie sowie thermochemische und mechanische Analysemethoden.
Die vorhandenen Methoden werden den Fragestellungen angepasst bzw. neue Methoden werden entsprechend etabliert. Neben der Kontrolle mechanischer und thermochemischer Eignungsvoraussetzungen für den Einsatz in Brennstoffzellen ist das Ziel die Aufklärung grundlegender mikroskopischer Mechanismen im Zusammenhang mit der Redoxkinetik der Elektroden oder dem Ionentransport in den Elektrolytmembranen.

Forschungsschwerpunkte

Nichtwässrige Elektrolyte für Brennstoffzellen > 100 °C

Untersuchung der Wasser- und Phosphorsäureaufnahme von PBI-Membranen

Untersuchung der Wasser- und Phosphorsäureaufnahme von PBI-Membranen
• Modell für den Adsorptionsprozess / Adsorptionsisotherme
• Ramanspektroskopische Untersuchung der zwischenmolekularen Wechselwirkungen

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Ionische Flüssigkeiten

Ionische Flüssigkeiten für die HT-PEFC
• Präparation protonenleitender, ionischer Flüssigkeiten (PIL)
• Stabilität und Bulkeigenschaften der PIL und PIL-dotierten, ionogenen Polymermembranen
• Sauerstoffreduktionskinetik und Doppelschichtkapazität in der Grenzfläche Platin/PIL
• Dotierung ionogener Polymermembranen mit PIL

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Elementare Prozesse in Li-Batterien

Hochvoltkathodenmaterial

Hochvoltkathodenmaterialien für Lithium-Ionen-Batterien
• Präparation von Kathoden und Anoden
• Ex-situ und In-operando Messungen
• Aufklärung der Strukturveränderung
• Untersuchung der Deckschichtbildung auf der Kathodenoberfläche

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Ladungstransfer

Transportprozesse an Phasengrenzen zwischen Flüssig- und Festelektrolyten
• Li+-Transfer zwischen festen und flüssigen Li+-Elektrolyten
• Einsatz von „Hybridelektrolytsystemen“: fest/flüssig und organisch/wässrig
• Aufklärung der Ladungstransferkinetik
• Optimierte Li-Luft-, Metall-Luft- und Li-S-Batteriesysteme

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Elementare Prozesse in der SOFC

Festkörperreaktionen

Festkörperreaktionen unter dem Einfluss (externer) elektrischer Felder
• Morphologie der sich bewegenden Phasengrenzen/Reaktionsfronten
• Lokaler Transport entlang von Korngrenzen
• Beschleunigte Degradationsprozesse unter der Wirkung eines externen elektrischen Feldes

(Schnelle) Ionenleitung entlang von Fest/fest-Phasengrenzen

(Schnelle) Ionenleitung entlang von Fest/fest-Phasengrenzen
• Transport in Festelektrolyt-Isolator-Multischichten
• Einfluss von Grenzflächenspannungen auf den lokalen Ionentransport
• Mikrostrukturierte Festelektrolyte mit optimierten Eigenschaften

Methoden und Geräteausstattung

• Elektrochemische Analysemethoden: EIS (Impedanzspektroskopie), CV und DC-Leitfähigkeit, Chronoamperometrie; RDE, HM-RDE und Mikroelektroden; temperierte Batteriezyklisierung

• Bildgebende Analysemethoden: REM/EDX, Lichtmikroskopie und entsprechende Probenvorbereitung

• Schwingungsspektroskopie: Raman und IR

• Röntgendiffraktometrie

• Thermochemische und mechanische Analysemethoden: TGA, DSC, Elastizitäts-/Dehnungsmessungen, BET, Porosimetrie, Dichte - und Kontaktwinkelmessungen

• Elektrodenpräparation: Glovebox, Rakelequipment

Über uns

Team

v.l.n.r.: Carsten Korte, Yanpeng Suo, Marco Schleutker, Philipp Jehnichen,
Jürgen Giffin, Katja Klafki, Andreas Everwand, Klaus Wippermann

Zusatzinformationen

Ansprechpartner

Abteilungsleiter BZL

Dr. Carsten Korte
Telefon: +49 2461 61-9035
Fax: +49 2461 61-6695
E-Mail: c.korte@fz-juelich.de

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