Carl-Zeiss Nexus Nachwuchsgruppe Dr. Desirée Leistenschneider Forschungsschwerpunkte • Entwicklung von neuartigen Al-N2 und Zn-Luft Batterien • Hybridmaterialdesign für Doppelschichtkondensatoren und Metall-Gas-Batterien zur Genzflächenoptimierung • Post mortem Analyse von Elektroden mittels Röntgenphotoelektronenspektroskopie und IR Spektroskopie Die Gruppe konzentriert sich auf die Entwicklung von kohlenstoffbasierten Elektrodenmaterialien für die Anwendung in neuartigen Metall-Gas-Batterien. Ein besonderer Schwerpunkt in der Elektrodenentwicklung ist die Erniedrigung elektrochemischer Überpotentiale, was vor allem durch das Design von Hybridmaterialien realisiert wird [1]. Innerhalb dieser Hybride sind elektrisch wenig leitfähige Komponenten, wie beispielsweise Elektrokatalysatoren, mit elektrisch leitfähigem Kohlenstoff mit hoher Porosität nanoskalig miteinander verbunden. Das Projekt ReAlBatt wird von der Carl-ZeissStiftung im Rahmen des Nexus-Programms gefördert (Abb. links oben). Das Projekt nimmt sich der Herausforderung an, eine neuartige Metall-GasBatterie zu entwickeln—Die Al-N2 Batterie—Und das interdisziplinär. Das Batteriesystem nutzt die Reaktion von elementarem Al mit molekularem N2 zu AlN. Erste solcher Batterien nutzen Pd, um die hohe Aktivierungsenergie der Stickstoffreduktion zu AlN zu verringern. Der Vorteil dieses Batterietyps ist ein weites Spannungsfenster von 0,99 V und, aufgrund eines theoretischen 3 e--Transfers, eine hohe theoretische Kathodenkapazität vergleichbar mit gängigen Brennstoffzellen [2]. Das Projekt verfolgt folgende Ziele: i) Das Ersetzen des Pd-KatalyMaterialdesign für Metall-Gas-Batterien sators auf Kathodenseite; ii) Das Entwickeln von Anoden als Metall/C Komposit, um deren Stabilität gegenüber Korrosion zu erhöhen; iii) Die Aufklärung des Energiespeicher-Mechanismus, um die Reversibilität der Batteriereaktion zu ermöglichen; iv) Die Entwicklung von Vollzellen, die eine hohe Gas– und Elektrolytdichtigkeit aufweisen. Im Rahmen eines Liebig-Doktorandenstipendiums werden Kohlenstoff-Polyheptazinimid-basierte Hybridmaterialien entwickelt und mit Al3+ funktionalisiert. Ziel ist es Nukleationskeime für die Bildung von AlN in Al-N2 Batterien bereitzustellen und so die Aktivierungsenergie der Stickstoffreduktionsreaktion zu senken. Außerdem werden durch die nanoskalige AlN-Bildung Überpotentiale verringert, die sonst durch halbleitenden Charakter des AlN entstehen könnten. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Entwicklung von EdelmetallAlternativen basierend auf KohlenstoffnitridVerbindungen zur Anwendung in Zn-Luft-Batterien (Abb. links unten; [3]). Hierfür werden vor allem in PHI eingebrachte Übergangsmetalle wie Fe, Ni, oder Mn untersucht. Um Elektrodenprozesse zu verstehen, die die Leistungsfähigkeit von MetallGas-Batterien verringern könnten und zu frühzeitigem Zellversagen führten, untersucht die Arbeitsgruppe Elektroden nach ihrer Anwendung (post mortem) mittels verschiedener Charakterisierungsmethoden (Abb. rechts unten). Im Fokus steht die Abscheidung elektrisch isolierender Komponenten, die durch die Zersetzung von Elektrolyten entstehen. [1] Guo, Z., Hermesdorf, M., Chen, Y., Feng, P., Lu, Y., Oschatz, M., Leistenschneider, D.(2025): Impact of nitrogen functionalization and porosity on the electrosorption of ionic liquids on templated porous carbons. Electrochimica Acta, 10.1016/j.electacta.2025.145751. [2] Guo, Y., Wang, D., Li, H. Huang, Z., Li, X. Zhao, Y., Dong, B., Zhi, C. (2020): A rechargeable Al–N2 battery for energy storage and highly efficient N2 fixation. Energy Environ. Sci., 10.1039/D0EE01241F. [3] Abedi, Z., Leistenschneider, D., Chen, W., Ivey, D.G. (2021): Spinel Type Mn−Co Oxide Coated Carbon Fibers as Efficient Bifunctional Electrocatalysts for Zinc-Air Batteries. Batteries and Supercaps, 10.1002/ batt.202100339. Abb. 1. Übersicht über die Forschungsschwerpunkte der Nachwuchsgruppe. Bild: AG Leistenschneider FORSCHUNG — 131
RkJQdWJsaXNoZXIy OTI3Njg=