Elektrokatalyse
Unsere Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung elektrochemischer Reaktionen an Fest-Flüssig-Grenzflächen auf Elektroden und Einzelzellen, mit besonderem Schwerpunkt auf Technologien, die für die Energiewende relevant sind. Konkret untersuchen wir derzeit die CO2-Reduktionsreaktion, die Sauerstoffentwicklungsreaktion in der PEM-Wasserelektrolyse, die Elektrolyse von Biomasse und technische organische Elektrosyntheseprozesse. Wir analysieren das Zusammenspiel von Elektrodenkinetik, Stofftransport, Materialeigenschaften und Produktbildung bei elektrochemischen Reaktionen. Durch die Kombination von physikalisch-chemischen Modellen und experimentellen Untersuchungen im Labor wollen wir elektrokatalytische Prozesse identifizieren und analysieren, um grundlegende und technisch relevante Erkenntnisse über das Zusammenspiel dieser Prozesse und deren Betriebsgrenzen zu gewinnen, die für die Entwicklung zukunftsweisender Technologien entscheidend sind.
Um dieses Ziel zu erreichen, setzt unser Labor online-diagnostische und dynamische experimentelle Methoden ein. Mit unserem dynamischen Analyseansatz können wir komplexe elektrochemische Prozesse in einzelne Teilprozesse zerlegen, indem wir deren Zeitkonstanten differenzieren und separat analysieren. Mit diesem Ansatz können wir begrenzende Prozesse und relevante Parameter genauer identifizieren als mit herkömmlichen Methoden. Wir unterstützen dies durch modellbasierte Analysen und Simulationen.
In unseren Laboren setzen wir diverse experimentelle Techniken für unsere Analysen ein, wie z.B. zyklische Voltammetrie (CV), Experimente an rotierenden Scheibenelektroden (RDE), elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS), nichtlineare Impedanzspektroskopie (NFRA), differentielle elektrochemische Massenspektrometrie (DEMS), Gas- oder Flüssigkeitschromatographie gekoppelt mit Massenspektrometrie (HS-GC-MS, HPLC-MS), oberflächenverstärkte Infrarot-Absorptionsspektroskopie (ATR-SEIRAS) und UV-Vis-Spektroskopie.
Unser modellbasierter Ansatz ermöglicht die systematische Analyse elektrochemischer Prozesse von der mikrokinetischen bis zur makrokinetischen Skala, einschließlich des komplexen Massentransports. Experimentell validierte Reaktionskinetik und thermodynamische Energiewerte (aus DFT) dienen als Grundlage für unsere physikochemischen Modelle und Simulationen. Wir wenden strenge mathematische Optimierungsstrategien an, um Prozesse systematisch zu verbessern oder führen Szenario-basierte Analysen durch, um Betriebsparameter und Prozessbedingungen zu bestimmen.
Ausgeschriebene Stellen und studentische Arbeiten unserer Arbeitsgruppe finden sie hier.
Ansprechpartner: Dr. Philipp Röse (Gruppenleiter)
Thema | Kontakt |
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Multiskalen-Analyse komplexer Dreiphasensysteme: O2- und CO2-Reduktion an Ag-Gasdiffusionselektroden in wässrigem Elektrolyt (DFG-Forschergruppe 2397) | M.Sc. Inga Dorner |
Kohlendioxid-Reduktionsreaktion (CO2RR) an Elektrokatalysatoren auf Kupferbasis (Helmholtz-Programm MTET; Topic 3, Subtopic 2: Power-based Fuels and Chemicals) | |
Dynamische kinetische Multiskalenanalyse von IrO2-Elektroden für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) für die PEM-Elektrolyse unter technisch-realistischen Betriebsbedingungen (H2Giga: Projekt StacIE) | M.Sc. Gözde Kardes |
Elektrolyse von Biomasse (ELOBIO; EIC Pathfinder Challenge: Novel Routes to Green Hydrogen Production) | |
Elektrifizierung Technisch Organischer Synthesen (ETOS; BMBF-Zukunftscluster-Initiative) | Dr. Philipp Röse |
Digitales Elektrolyseurdesign für die technische organische Synthese (DigiE-tos; BMBF-Zukunftscluster ETOS) | M.Sc. Paul Neugebauer, N.N. |
Entwicklung und Analyse eines Großelektrolyseurs für den Langzeitbetrieb (EAGLE; BMBF-Zukunftscluster ETOS) | M.Eng. Michael Küttinger |
Laplacedruck-kontrollierte Gas-Diffusionselektroden für die organische Elektrosynthese (GDE4OES; BMBF-Zukunftscluster ETOS) | N.N. |
Gemeinsamer Pool an Elektrodenmaterialien und Elektrolysezellen (Pool MAZEL; BMBF-Zukunftscluster ETOS) | Dr. Philipp Röse |
Thema | Kontakt |
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Struktur-Performance-Beziehungen von Ir-Ru-Elektroden für die Sauerstoffentwicklung (OER) im dynamischen Betrieb (DFG Schwerpunktprogramm SPP2080) | M.Sc. Janis Geppert |
Titel | Typ | Betreuer | Status |
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Modellbasierte Analyse von CuZn-Katalysatoren für die CO2-Elektrolyse (Power-to-X) | Masterarbeit | zu vergeben |
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Methodenentwicklung zur Katalysatorleistungsanalyse in PEM-Wasserelektrolyse | Masterarbeit | zu vergeben |
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Modellbasierte Analyse der grünen Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse bio-basierter Stoffe | Bachelor-/Masterarbeit | zu vergeben |
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Analyse des Einflusses von Diffusion, Konvektion und Migration bei der CO2-Reduktionsreaktion an Silber-Gasdiffusionselektroden | Bachelor-/Masterarbeit | zu vergeben |
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Charakterisierung von Produkten der Elektrochemischen CO2-Reduktion in Organischen Lösungsmitteln | Bachelor-/Masterarbeit | zu vergeben |