Chemie der Materialien für Energieanwendungen Prof. Dr. Martin Oschatz Forschungsschwerpunkte Die Forschung in der Arbeitsgruppe Oschatz steht im Zeichen der Chemie der Materialien für Energieanwendungen. Insbesondere werden poröse und nanostrukturierte Materialien auf der Basis von Kohlenstoff aus lokal verfügbaren und nachhaltigen Vorläufern hergestellt und charakterisiert. Diese werden eine zentrale Stellung in verschiedenen zukünftigen Energie- und Umweltanwendungen einnehmen: • Elektrochemische Energiespeicherung: Elektrodenmaterialien für Batteriesysteme jenseits der Lithium-Ionen-Batterie sowie für Superkondensatoren. • Heterogene Elektro- und Photokatalyse: Elektrochemische Reduktion von Stickstoff und Nitrat, sowie Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in chemisch nutzbare Moleküle. • Adsorption und Grenzflächenphänomene: Materialien und Verfahren für die adsorptive Stofftrennung (z.B. Filtration von CO2 aus Luft) und Speicherung von Wasserstoff 128 — FORSCHUNG Als eine der vielversprechendsten Nachfolgetechnologien für die Lithium-Ionen-Batterie steht die Natrium-Ionen-Batterie im Fokus der Energiespeicherforschung in der AG Oschatz. Bei vergleichbaren Leistungscharakteristika baut diese auf naheElektrochemische Energiespeicher zu unbegrenzt verfügbaren Rohstoffen auf. Neben fundamentaler Forschung insbesondere an den in der negativen Elektrode ablaufenden Prozessen und für die effiziente und hochenergetische Speicherung von Natrium notwendigen Strukturmotiven [1-3], widmet sich die Arbeitsgruppe zunehmend auch der Fragestellung, wie solche Elektrodenmaterialien aus lokal verfügbaren Ressourcen hergestellt werden können. Ein möglicher Ausgangsstoff ist ein Abfallprodukt der unter anderem im bewaldeten Thüringen ansässigen Papierindustrie namens Lignin (Abb.1). Dieses allgegenwärtige Biopolymer kann bei hohen Temperaturen gegebenenfalls unter Zugabe strukturbestimmender Chemikalien zu Kohlenstoffen mit an die jeweilige Anwendung maßgeschneiderten Eigenschaften umgewandelt werden. Die Definition der Synthesebedingungen unter Performance-, aber auch unter ökonomischen und ökologischen Aspekten ist zentraler Teil der gegenwärtigen Arbeit der AG Oschatz auf dem Gebiet der Energiespeichermaterialien. [1] Ilic, I. K., Schutjajew, K., Zhang, W., Oschatz, M., Carbon, 2022, 186, 55–63. [2] Prykhodska, S., Schutjajew, K., Troschke, E., Kaberov, L., Eichhorn, J., Schacher, F. H., Walenszus, F., Werner, D., Oschatz, M., Energy Adv., 2024, 3, 1342–1353. [3] Schenk, J., Leistenschneider, D., Hoeppener, S., Schubert, U. S., Schutjajew, K., Oschatz, M., Sustain. Energy Fuels, 2023, 7, 3871– 3882. Abb. 1. Vom Lignin (oben links) zum Kohlenstoff für Natrium-Ionen-Batterien (oben rechts und Mitte). LadeEntladekurven verschiedener Ligninproben bei verschiedenen Pyrolysetemperaturen (unten). Bild: AG Oschatz, Christian Leibing
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