Internationales Forscherteam um Paderborner Chemiker ver?ffentlicht Ergebnisse in Fachmagazin
Ionische Leiter transportieren elektrische Ladung. Einfachstes Beispiel ist die Batterie, bei der eine Salzbrücke als Verbindung zwischen zwei Elektrolytl?sungen dient. Die Leiter kommen aber auch bei einer anderen Art der elektrochemischen Energiespeicherung zum Einsatz. N?mlich dann, wenn Ionen durch einen Elektrolyten – meistens eine Flüssigkeit – von einer Elektrode zur anderen wandern. Das ist z. B. bei der Brennstoffzelle der Fall. ?Die Funktionsweise ist zwar grunds?tzlich bekannt. Unklar ist aber bislang, wie der Ionentransport auf mikroskopischer Ebene abl?uft“, sagt Jun.-Prof. Dr. Hans-Georg Steinrück von der Universit?t Paderborn. Zusammen mit Wissenschaftler*innen des Stanford National Accelerator Laboratory SLAC und des Argonne National Laboratory, beide USA, hat er untersucht, wie Bewegung und Geschwindigkeit einzelner Ionen gemessen werden k?nnen. Ihre Studie wurde jetzt im Fachmagazin ?Energy and Environmental Science“ ver?ffentlicht. Die Ergebnisse k?nnten dazu beitragen, in Zukunft deutlich effizientere Batterietypen zu entwickeln und auf diese Weise kohlenstoffneutrale Energieversorgungskonzepte voranbringen.
Ionentransport zeitlich und r?umlich verstehen
?Das Verst?ndnis des Ionentransports ist wichtig, um neue Leiter zu entwickeln und die Leistung von Ger?ten oder ganzen Technologien zu verbessern. Aber auch, um Mechanismen in Membranfiltern und biochemische Prozesse im menschlichen K?rper nachzuvollziehen. Bislang gibt es allerdings zur Vorhersage nur solche Modelle, die auf Basis eines Kontinuums arbeiten. 365体育_足球比分网￥投注直播官网 bilden das Geschehen eher schematisch auf einer Makroebene ab. Es gibt also keine Analysen, die die Beziehung zwischen der zeitlichen und r?umlichen Verteilung der Ionen auf der Mikroebene berücksichtigen. Nur so kann aber genau simuliert werden, wie sich die Ionen in neuen Systemen oder Ger?ten verhalten“, erkl?rt Steinrück.
Neue Materialien für die Energiespeicherung
Der Paderborner Chemiker und sein Team wollen mit ihrer Forschung vor allem der klimafreundlichen Energiespeicherung den Weg bereiten: ?Kenntnisse über Transportph?nomene sind elementar, weil auf ihrer Basis neue Elektrolyt- und Elektrodenmaterialen entwickelt werden k?nnen. Leistung und Sicherheit einer elektrochemischen Zelle – wie etwa der Ionenbatterie oder der Brennstoffzelle – k?nnen damit genaustens vorhergesagt werden“, so Steinrück weiter.
R?umlich aufgel?ste Messungen von Ionengeschwindigkeiten
Bei seiner Forschung geht das internationale Team v?llig neue Wege: 365体育_足球比分网￥投注直播官网 setzen u. a. auf experimentelle Messungen mittels ?Operando-Spektroskopie“, einer analytischen Methode, bei der die spektroskopische Charakterisierung von Materialien gleichzeitig mit der Messung der elektrochemischen Aktivit?t verknüpft wird. In diesem Ansatz kombinieren sie u. a. Synchrotron-R?ntgenstrahlen mit makroskopisch beobachteten Transportph?nomenen. Steinrück: ?Wir haben nicht nur verschiedene Messtechniken miteinander gekoppelt, sondern auch Simulationen in die Analysen eingebaut. Wir gehen davon aus, dass unsere Methode auf verschiedene ionenleitende Materialien ausgedehnt werden kann. Soweit wir wissen, stellen unsere Ergebnisse die ersten r?umlich aufgel?sten Messungen von Ionenbewegungen in einem elektrochemischen System dar.“ Laut Steinrück kann die Methode künftig auf die Weiterentwicklung von Ionenbatterien und Brennstoffzellen angewandt werden und damit zum Ziel der Kohlenstoffneutralit?t beitragen. Au?erdem k?nne sie dabei helfen, ein grundlegendes Verst?ndnis von biochemischen Prozessen zu schaffen.
Zur Ver?ffentlichung: https://doi.org/10.1039/D0EE02193H
Zur Pressemitteilung des Argonne National Laboratory: Battery of tests: Scientists figure out how to track what happens inside batteries | Argonne National Laboratory (anl.gov)
Nina Reckendorf, Stabsstelle Presse, Kommunikation und Marketing
