Elektrolyte
Die Abteilung für Elektrolyte am Helmholtz-Institut Münster widmet sich der Entwicklung und Optimierung relevanter Elektrolyte für Energiespeicher, insbesondere Polymer- und Flüssigelektrolyten. Die Materialentwicklung beruht sowohl auf grundlegenden Aspekten wie der Erzielung eines optimalen Ladungsträgertransports als auch auf den Erfordernissen möglicher Anwendungsszenarien.
Charakterisierung und Simulation
Eine wissensbasierte Anpassung jeweiliger Elektrolyteigenschaften erfordert nicht nur elektrochemische Charakterisierung auf höchstem technisch-wissenschaftlichen Niveau, sondern auch die gezielte Anwendung von Simulationsmethoden auf Grundlage quantenchemischer Ansätze (DFT) sowie kraftfeld-basierter Rechnungen (Molekulardynamik). Elektrolyteigenschaften werden unter der Berücksichtigung von Grenzflächen zu Elektroden sowie der Entwicklung von Strategien zur Materialverarbeitung beschrieben. Das Forschungsteam begleitet das Vorgehen durch die kontinuierliche Anpassung und Weiterentwicklung notwendiger experimenteller Methoden.
Vielversprechende Polymere
Ein Schwerpunkt der Elektrolytforschung am HI MS liegt in der Entwicklung vielversprechender Polymerelektrolyte zur Anwendung in Festkörperbatterien. Die Abteilung evaluiert verschiedene Materialklassen jeweils hinsichtlich unterschiedlicher anwendungsrelevanter Gesichtspunkte.
Die erzielbare ionische Leitfähigkeit des Materials hängt maßgeblich von der Art der mobilen Ladungs-träger sowie von Wechselwirkungen derselben mit dem Polymerrückgrat oder funktionellen Gruppen der Polymerseitenketten ab. Diese können beispielsweise in Kooperation mit Partnerinnen und Partnern aus der Industrie und Forschung mittels Molekulardynamik-Simulationen ermittelt werden und weitere Anhaltspunkte zur Optimierung der Elektrolyte liefern.
Weitere Ansätze zur Materialentwicklung können durch Strategien zur Verarbeitung der Polymere zu Membranen für den Zellbau oder aus der Analyse des Ladungstransfers an Elektrodengrenzflächen gewonnen werden.
Optimierung von Grenzflächen und Beschichtungen
Weitere Schwerpunkte bilden die Anpassung und die Verarbeitung funktioneller Beschichtungen für Elektroden, die Weiterentwicklung additiv-gestützter Flüssigelektrolytformulierungen sowie Arbeiten zur Optimierung jeweiliger Grenzflächen zwischen Elektroden und Elektrolyt. Letztere ist insbesondere für die elektrochemische Performanz und Lebensdauer von Batterien wesentlich.
Alle Themenfelder werden durch ein interdisziplinäres Team bearbeitet und umfassen entsprechend eine Reihe moderner Charakterisierungsmethoden und Syntheseverfahren. Zudem werden die Untersuchungen der Elektrolyt-Gruppe am HI MS durch intensiven kooperativen Austausch mit internen und externen Partnerinnen und Partnern vorangetrieben. Das Helmholtz-Institut Münster bildet gemeinsam mit dem Institut für Physikalische Chemie der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster ein interdisziplinäres Team für theoretische Untersuchungen im Bereich der Elektrolytforschung.
Publikationen:
Chemical Engineering Journal (Amsterdam, Netherlands) 2021, 405, 126727, DOI: 10.1016/j.cej.2020.126727
iScience 2020, 23(8), 101417, DOI: 10.1016/j.isci.2020.101417
Journal of Chemical Physics 2020, 152(17), 174701, DOI: 10.1063/5.0003098
Journal of Physical Chemistry C 2020, 124(43), 23523-23531, DOI: 10.1021/acs.jpcc.0c07224
Journal of Power Sources 2020, 478, 229047, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2020.229047
Journal of Power Sources 2020, 450, 227589, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.227589
Journal of the Electrochemical Society 2020, 167, 070546, DOI: 10.1149/1945-7111/ab7fb5
Electrochemical Society Interface 2019, 28(2), 55-61, DOI: 10.1149/2.F05192if
Journal of Materials Chemistry A: Materials for Energy and Sustainability 2019, 7(1), 188-201, DOI: 10.1039/C8TA08391F
Journal of Power Sources 2019, 437, 226881, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2019.226881
Journal of Power Sources 2019, 409, 148-158, DOI: 10.1016/j.jpowsour.2018.08.077
