Das Erforschen neuer Materialien spielt eine entscheidende Rolle in der Entwicklung von Technologien zur Speicherung, zum Transport und zur Umwandlung von Energie. Diese Technologien sind von großer Bedeutung, da sie dazu beitragen, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen zu verringern und in der Zukunft eine nachhaltigere Energieversorgung zu gewährleisten. Sie beruhen darauf, mit chemischen und elektrochemischen Methoden Zustände hoher Energie zu erzeugen, aus denen diese Energien gezielt durch chemische oder elektrochemische Vorgänge wieder freigesetzt werden können.
An der Fakultät 3 untersuchen wir vielfältige Aspekte dieses Themenbereichs. Darunter fällt die Entwicklung neuer Materialien für die Energiekonversion in Solarzellen und für zukünftige Batteriespeicher in mobilen und stationären Anwendungen. Neben Materialien für konventionelle Lithium-Ionen-Batterien befassen wir uns hier auch mit den nächsten Generationen möglicher Energiespeicher und ziehen Überlegungen zur erhöhten Nachhaltigkeit mit ein. So kann z. B. Lithium durch Elemente mit höherer Verfügbarkeit ersetzt werden, was konzeptionell in Natrium-Ionen-, Magnesium-Schwefel- und Fluorid-Ionen-Batterien denkbar ist. In diesem Kontext spielt das Entwickeln von kreislauf-fähigen Systemen eine grundlegende Rolle, so dass Überlegungen zur Rezyklierbarkeit in unseren Untersuchungen zentral sind. Daneben ist die Verbesserung von auf Lithium basierenden Technologien ein Anliegen, wobei wir Feststoffbatterien und Lithium-Schwefel-Batterien besondere Aufmerksamkeit schenken. Neben der Darstellung und Charakterisierung solcher Energiesysteme nimmt die theoretische Beschreibung und Modellierung mit dem Computer eine wichtige Rolle ein.
Die Entwicklung sogenannter e-Fuels unter anderem zur saisonal unabhängigen Verfügbarkeit erneuerbarer Energien bedarf der Umwandlung von Kohlenstoffdioxid in Kohlenwasserstoffe. Dieser Prozess ist chemisch komplex, so dass effektive Katalysatoren zur Erhöhung der Effizienz von grundlegender Bedeutung sind. Neben der Umwandlung von Kohlenstoffdioxid spielen derartige Katalysatoren auch in anderen Energieanwendungen eine Rolle. So untersuchen wir neue katalytisch aktive Materialien für die Anwendung in Brennstoffzellen und Elektrolyseuren und erforschen, inwiefern die Wasserstofferzeugung aus Wasser und Nutzung von Lichtenergie mit sogenannten Photokatalysatoren zur solaren Wasserspaltung möglich ist.
Die neuartigen funktionellen Materialien stellen wir dabei über innovative chemische Syntheseprozesse dar. In der Natur entstehen faszinierende Funktionsmaterialien durch Biomineralisation, die Bildung organisch-anorganischer Materialien (Hybridmaterialien) durch lebende Organismen. Wie man solche Materialien jenseits biologischer Systeme darstellen kann und somit neue Energiematerialien generieren kann, wird in unserer Fakultät tiefgreifend untersucht.
Auf der Grundlagenseite steht ein vertieftes Verständnis von gemischtem Ionen-Elektronen-Transport im Fokus der Untersuchungen. Moderne in-situ elektrochemische Methoden kommen hier zum Einsatz, um beispielsweise Redoxpolymere als flexible Elektroden zu erforschen
