Elektrochemische Energiesysteme | Nachwuchsgruppe
Dr. Severin Vierrath, Dr. Melanie Bühler, Dr. Carolin Klose
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Siehe auch: https://www.ees-lab.org
Stellenangebote
| Thema | Datum | Ansprechpartner | Weitere Infos |
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Kompetenz
Die Nachwuchsgruppe „Elektrochemische Energiesysteme“ forscht an Brennstoffzellen, Batterien und Elektrolyseuren. Unsere Kernkompetenzen sind innovative Herstellungsmethoden und Materialien, sowie die Mikrocharakterisierung und 3D bildgebenden Verfahren für diese Technologien.
Herstellung und Charakterisierung
Wir erforschen neue Herstellungs-Methoden und alternative Materialien für elektrochemische Energieanwendungen: Brennstoff- und Elektrolysezellen und Redox-Flow Batterien. Durch neue Membransysteme steigern wir die Leistungsdichte und die Lebensdauer. Zudem entwickeln wir neue Elektrodenstrukturen, die höhere Leistungsdichten ermöglichen. Hierfür stehen in der Gruppe Methoden wie Elektrospinning, Sprüh-Beschichtung und skalierbare Beschichtungs-Verfahren zur Verfügung. Neue Materialien und Herstellungsmethoden charakterisieren wir elektrochemisch in Brennstoff- und Elektrolysezellen- und Batterie-Testständen, sowie ex-situ in unserem Mikroanalyse-Labor (µXRF, Xe-Plasma FIB/SEM, Raman-Mikroskopie, …).
Wir decken die komplette Wertschöpfungskette von Katalysator- und Membranherstellung, Tinten- und MEA-Herstellung sowie elektrochemischer und mikroskopischer Analyse ab.
Neueste Entwicklungen in der Gruppe
Steigerung der Elektrolyse-Leistung bei niedrigem Katalysatorgehalt
Iridiumoxid ist ein besonders seltenes und teures Katalysatormaterial, dass für die polymerbasierte Wasserstoffelektrolyse bislang unerlässlich ist. Für die großskalige industrielle Bereitstellung von Wasserelektrolyseuren für die Wasserstroffproduktion ist daher die Reduktion der Iridiumoxidbeladung essentiell. Wir haben wesentliche Fortschritte auf diesem Gebiet durch innovatives Design von Elektrolyse-Membran-Elektroden-Einheiten erzielen können:
Durch das Einbringen von Iridiumoxid-Nanofasern konnte die elektrische Querleitfähigkeit der Katalysatorschichten erheblich verbessert werden und eine der höchsten Effizienzen bei niedriger IrOx-Beladung gemessen werden.
(https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsaem.0c00735)
Die Technologie wurde 2019 mit dem FCell Award ausgezeichnet und zum Patent eingereicht.
(https://f-cell.de/award/ )
Herstellung fluorfreier Brennstoff- und Elektrolysezellen
Kommerziell verfügbare Brennstoff- und Elektrolysezellen enthalten heute fluorhaltige Polymere, sogenannte perfluorinierte Sulfonsäuren. Mit alternativen Materialien auf Basis von Polysulfonen
und Polyphenylenen konnten wir einen bedeutenden Schritt in Richtung fluorfreie Zellen mit vergleichbarer Leistung gehen:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aenm.201903995
Rekonstruktion von Elektroden zur Simulation von Stoff-Transport
Durch eine von uns entwickelte Infiltrationsmethode für mikroporöse Materialien via Atomic Layer Deposition sind wir in der Lage verlässliche 3D-Modelle der Nanostruktur von Brennstoffzellen-, Batterie- oder Elektrolyse-Elektroden zu rekonstruieren. Mit unserer umfangreichen Software-Ausstattung und Expertise ist es uns möglich quantitative Aussagen über den Stofftransport in diesen Elektroden zu treffen. Die Methodologie wurde inzwischen auf Brennstoffzellen, Elektrolysezellen oder Li-Ionenbatterien übertragen.
- https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0378775318304385
- http://jes.ecsdl.org/content/166/13/F956.full.pdf+html?sid=82214798-4684-4f41-96aa-cc7fdca90949
Projekte und Fördergeber
- Fe-basierte Metal-Organic Frameworks als Photokatalysatoren für Energie- und Umweltanwendungen,
Alexander von Humboldt-Stiftung - Camelot, EU Horizon 2020
- CO2-to-X, Vector Stiftung
- Plug-In, BMBF
- FC-CAT, BMBF
- NeutroSense, BMBF
- AlkaCell, Vector-Stiftung
- PSU-MEA-III, BMBF
- FlexCoat, BMBF
Beendete Projekte
- Dekade, BMBF
- DirectMEA, Wirtschaftsministerium BW
- Inspire, EU Horizon 2020
- Neurofast, BMBF
Bilder unserer gemeinnützigen Projekte
Bilderdatenbank. Bitte fragen Sie die Nutzungsrechte an.
Team
Gruppenleiter/in
- Dr. Severin Vierrath
- Dr. Melanie Bühler, Anwendungen
- Dr. Carolin Klose, Grundlagen
Wissenschaftliche/r Mitarbeiter/in
- Dr. habil. Klaus-Dieter Kreuer
- Dr. Giorgi Titvinidze
- Frieder Junginger
- Clara Schare
- Hassan Fadlullah
- Hendrik Sannemüller
- Dr. Dennis Rusitov
- Tim Kiefer
- Sophia Kilian
PostDoc
- Dr. Naghmeh Mirbagheri
- Dr. Andeas Münchinger
- Dr. Tym de Wild
- Dr. Joey Disch
- Dr. Lukas Metzler
- Dr. Susanne Koch
Doktorand/in
- Edgar Cruz Ortiz
- Khaled Seteiz
- Christian Piesold
- Julian Stiegeler
- Fiona Pescher
- Regina Qelibari
- Hannes Liepold
- Frederik Brendel
- Alexander Kohushölter
- Luis Hagner
- Luca Bohn
- Jacqueline Goldmann
- Josephine Häberlein
Master, Bachelor, Hiwi
- Hannes Grammel
- Kushal Shah
- Felix Vossbrink
- Mika Stricker
- Lasha Khutsishvili
- Theresa Groth
- Philippe Geideck
- Liel Bühler
- Bharat Sawant
- Macarena Pizzaro
- Cornelia Keß
- Xaver Kolb
- Soroush Aziz
- Emilie Behringer
- Rusudan Sulaberidze
Ehemalige Teammitglieder
- Dr. Matthias Breitwieser
- Arne Götze
- Zsoltan Danilo
- Dr. Lukas Zielke
- Armin Hartmann
- Kevin Holdcroft
- Michaela Frase
- Dr. Matthias Klingele
- Dr. Lili Liu
- Peter Holzapfel
- Dr. Witali Beichel
- Dr. Friedemann Hegge
- Dr. Van Chuyen Pham
- Riko Moroni
- Mohammad Solihul Mu'min
- Philipp Veh
- Brian Shanahan
- Dr. Florian Lombeck
- Claudia Schwarz
- Dr. Andreas Büchler
- Farmal Khan
- Dilara Sultanova
- Neda Khalili Sabet
- Jacqueline Goldmann
- Akshaya Mani
- Mohamed Dhia Chabaane
- Hien Nguyen
- Koray Yildirim
- Miriam von Holst
- Leonhard Probst
- Mohamed El Shamy
- Niklas van Treel
- Dr. Philipp Heizmann
- Dr. Marco Viviani
Aktuelle Publikationsliste
Elektrolyse
- Hegge, F., Lombeck, F., Cruz Ortiz, E., Bohn, L., von Holst, M., Kroschel, M., ... & Vierrath, S. (2020). Efficient and Stable Low Iridium Loaded Anodes for PEM Water Electrolysis Made Possible by Nanofiber Interlayers. ACS Applied Energy Materials, 3(9), 8276-8284.
- Ortiz, E. C., Hegge, F., Breitwieser, M., & Vierrath, S. (2020). Improving the performance of proton exchange membrane water electrolyzers with low Ir-loaded anodes by adding PEDOT: PSS as electrically conductive binder. RSC Advances, 10(62), 37923-37927.
- Klose, C., Saatkamp, T., Münchinger, A., Bohn, L., Titvinidze, G., Breitwieser, M., ... & Vierrath, S. (2020). All‐Hydrocarbon MEA for PEM Water Electrolysis Combining Low Hydrogen Crossover and High Efficiency. Advanced Energy Materials, 10(14), 1903995.
Brennstoffzellen
- Veh, P., Britton, B., Holdcroft, S., Zengerle, R., Vierrath, S., & Breitwieser, M. (2020). Improving the water management in anion-exchange membrane fuel cells via ultra-thin, directly deposited solid polymer electrolyte. RSC Advances, 10(15), 8645-8652.
Redox-Flow Batterien
- Shanahan, B., Böhm, T., Britton, B., Holdcroft, S., Zengerle, R., Vierrath, S., ... & Breitwieser, M. (2019). 30 μm thin hexamethyl-p-terphenyl poly (benzimidazolium) anion exchange membrane for vanadium redox flow batteries. Electrochemistry Communications, 102, 37-40.
Mikrostrukturanalyse
- Mu’min, M. S., Böhm, T., Moroni, R., Zengerle, R., Thiele, S., Vierrath, S., & Breitwieser, M. (2019). Local hydration in ionomer composite membranes determined with confocal Raman microscopy. Journal of Membrane Science, 585, 126-135.
- Böhm, T., Moroni, R., Breitwieser, M., Thiele, S., & Vierrath, S. (2019). Spatially resolved quantification of ionomer degradation in fuel cells by confocal Raman microscopy. Journal of The Electrochemical Society, 166(7), F3044.
- Hegge, F., Moroni, R., Trinke, P., Bensmann, B., Hanke-Rauschenbach, R., Thiele, S., & Vierrath, S. (2018). Three-dimensional microstructure analysis of a polymer electrolyte membrane water electrolyzer anode. Journal of Power Sources, 393, 62-66.
Preise und Auszeichnungen
- f-cell award – Innovationspreis Brennstoffzelle in der Kategorie Forschung & Entwicklung (09/2019), mehr
- Innovationspreis für Masterarbeit (05/2019), mehr
- Nachwuchsförderpreis der Eva-Mayr-Stihl-Stiftung (11/2018), mehr
- Innovationspreis des Deutschen Wasserstoff- und Brennstoffzellenverbands (DWV) (04/2018), mehr
- Best Poster Prize beim Hereaus-Seminar, Bad Honnef (07/2017), mehr
- Best-Poster-Award für Brennstoffzellenkonzept (02/2017), mehr
- Promotionspreis für Matthias Breitwieser (11/2015), mehr
- Prämierter Vortrag und Top-Platzierung beim Fotowettbewerb der Baden-Württemberg Stiftung (10/2015), mehr
- f-cell award – Innovationspreis Brennstoffzelle (10/2015), mehr