9. Dezember 2025
Dr. Felix Gunkel vom Peter-Grünberg-Institut – Elektronische Materialien (PGI-7) des Forschungszentrums Jülich erhält einen Consolidator Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC). In den kommenden fünf Jahren wird sein Projekt „Scrambled Oxs“ mit zwei Millionen Euro gefördert. Das Ziel besteht darin, mithilfe eines neuen Materialdesigns besonders stabile und effiziente Materialien für die Wasserelektrolyse zu entwickeln – ein Schlüsselprozess für die klimafreundliche Erzeugung von Wasserstoff.
Wasserstoff gilt als vielseitiger Energiespeicher, der fossile Brennstoffe ersetzen kann. Besonders nachhaltig ist er, wenn er mittels Elektrolyse hergestellt wird: Dabei wird Wasser mithilfe von Strom in seine Bestandteile zerlegt.
Damit der Prozess funktioniert, braucht es Katalysatoren – Materialien, die Reaktionen beschleunigen und idealerweise nicht verbraucht werden. Besonders anspruchsvoll ist die sogenannte Sauerstoffentwicklungsreaktion (Oxygen Evolution Reaction, OER): Hier werden Wassermoleküle aufgebrochen, damit Sauerstoff freigesetzt wird – ein Schritt, der viel Energie erfordert. Wie hoch dieser Energiebedarf ist und wie lange ein Material dabei stabil und damit wirksam bleibt, hängt entscheidend von der Zusammensetzung und Struktur des Katalysators ab.
„Ich komme aus dem Forschungsbereich der Nanoelektronik, in dem wir gelernt haben, genau solche Materialien mit hoher Genauigkeit maßzuschneidern. Diese Methodik möchte ich nun auch auf Energiefragen übertragen,“ sagt Dr. Felix Gunkel. „Gerade für die Energiewende müssen wir neue und leistungsfähige Materialien entwickeln und dafür über Fachgrenzen hinwegdenken. Mit Scrambled Oxs nutzen wir unser Know-how, um neue Katalysatormaterialien für die Elektrolyse zu entwickeln.“
Hier zeigt sich eine besondere Stärke des Forschungszentrums Jülich: Expertise aus Bereichen wie Nanoelektronik, Materialforschung und Energietechnologie ist hier an einem Ort gebündelt. Scrambled Oxs ist ein Beispiel dafür, wie diese Nähe interdisziplinäre Forschung und damit zukunftsweisende Innovationen begünstigt.
Dr. Felix Gunkel setzt in Scrambled Oxs auf bestimmte Oxide. In diesem Fall Verbindungen von Metallen mit Sauerstoff. Viele dieser komplexen Metalloxide, etwa Perowskite und Spinelle, sind vielversprechende Kandidaten und können sehr aktiv sein, wenn es darum geht, Sauerstoff im Rahmen der Elektrolyse freizusetzen. Allerdings altern sie zu schnell und verlieren in herkömmlicher Form schnell ihre Stabilität. Genau hier setzt das Projekt an.
„Um die Stabilität der Katalysatoren zu erhöhen, müssen wir die Prozesse, die beim Altern entscheidend sind, genauer verstehen und mit gezieltem Materialdesign gegensteuern,“ sagt Dr. Felix Gunkel.
Das Team um Felix Gunkel entwickelt im Projekt maßgeschneiderte Oxid-Schichtsysteme, bei denen die aktive Oxidschicht zwischen zwei stabilisierenden Materialien eingeschlossen wird. Die Schichten werden wie atomare Legosteine aufeinandergestapelt und lassen sich durch ein neuartiges Verfahren wie eine Folie abziehen. Dieses neue Konzept ist von der sogenannten Core-Shell-Struktur abgeleitet: ein vielseitiges Design aus der Nanotechnologie, das besonders empfindliche Materialien wirksam schützt.
Die daraus gewonnenen Oxidmembranen werden in nanometergroße Flocken zerkleinert und in eine Flüssigkeit eingearbeitet, sodass eine Art Katalysator-Tinte entsteht – eine flüssige Mischung, mit der Elektroden beschichtet werden können. Durch dieses gezielte Vermischen (englisch scrambling) entsteht ein neuer Materialverbund. Dieser Schritt ist namensgebend für Scrambled Oxs.
Der so erzeugte Verbund ermöglicht es erstmals, die Stoffeigenschaften der geschichteten Oxide in echte Elektrodenstrukturen zu überführen und dort unter realistischen Bedingungen zu untersuchen – also genau so, wie sie später in Elektrolyseuren tatsächlich eingesetzt werden. Nur wenn ein Material nicht nur im Labormodell, sondern auch in einer realen Elektrode stabil und aktiv bleibt, lässt sich der Energiebedarf senken und die Betriebszeit verlängern – zentrale Voraussetzungen für eine effizientere und wirtschaftlichere Herstellung von grünem Wasserstoff.
Damit schließt Scrambled Oxs eine bisher offene Lücke: Erstmals können die Modellmaterialien auch unter echten Reaktionsbedingungen untersucht werden, um konkrete Leitlinien für die Entwicklung zukünftiger Katalysatoren abzuleiten.
Mit den Consolidator Grants fördert der Europäische Forschungsrat herausragende Forschende sieben bis zwölf Jahre nach ihrer Promotion. Die Förderung gilt als eine der renommiertesten Auszeichnungen in der europäischen Wissenschaftslandschaft.
Grants können bis zu zwei Millionen Euro über fünf Jahre umfassen; bei begründetem Bedarf ist eine zusätzliche Förderung möglich.
Senior Researcher / Group leader Associate Professor, University of Twente (IMS)
