„Was wir hier machen, lässt sich als physikalisch-chemische Grundlagenforschung bezeichnen“, erklärt Professor Frank Endres, Gründungsdirektor und Leiter des Instituts. „Chemie und Physik sind eminent wichtige Disziplinen für die Materialwissenschaften, deshalb haben wir es uns zur Aufgabe gemacht, die Elektrochemie von der elementaren physikalischen Grundlage bis hin zu neuen technischen Anwendungen zu ergründen. Spezialisiert haben wir uns dabei auf die Erforschung von ionischen Flüssigkeiten.“
Seit dem 1. Oktober 2012 arbeiten die 24 Mitarbeiter unter der Leitung von Professor Endres im IEC, zuvor gehörte diese Arbeitsgruppe zum Institut für mechanische Verfahrenstechnik. Der Standort wurde nicht gewechselt. Die Adresse bleibt die alte, am Eingang zum Gebäude wurde bereits ein neues Hinweisschild mit der Aufschrift „Institut für Elektrochemie“ angebracht. Aber auch im Gebäude selbst hat sich in den vergangenen Wochen einiges getan, weitere Labore werden ausgebaut und eingerichtet. „Die Arbeiten gehen gut voran, bis Frühsommer 2013 sollen zwei weitere Labore fertig sein“, sagt Professor Endres. Mehr als zwei Millionen Euro kosten die modernen Geräte, die neu angeschafft werden, um zum Beispiel auch im Bereich der elektrochemischen Energieforschung aktiv werden zu können. Im Rahmen eines Projekts des Bundesministeriums für Bildung und Forschung (BMBF) kooperiert das IEC mit dem Energie-Forschungszentrum Niedersachsen (EFZN) in Goslar. „Es geht dabei um die Entwicklung von Zink/Luft-Akkumulatoren, die gegenüber Lithiumionenbatterien viel sicherer sind und drei bis vier Mal mehr Energie als diese speichern können “, so der Professor.
In den bereits vorhandenen Laboren konzentrieren sich die Wissenschaftler derzeit zum Beispiel auf die elektrochemische Abscheidung von Metallen und Halbleitern. Die Experimente finden in einer Handschuhbox statt. In diesem Kasten aus Edelstahl und Acrylglas befinden sich weder Sauerstoff noch Wasser, nur das Edelgas Argon, das viele positive Eigenschaften hat, es ist zum Beispiel ungiftig, unbrennbar und geruchlos. Zudem verdrängt es auch noch die Luft. Nur mit den großen Gummihandschuhen, die an der Scheibe befestigt sind, können die Wissenschaftler in die Boxen greifen und die Versuche aufbauen.
„Wir untersuchen in unseren Experimenten die Eigenschaften von ionischen Flüssigkeiten, weil diese wegen ihrer vernachlässigbaren Dampfdrucke und ihrer weiten elektrochemischen Fenster von bis zu 6 Volt die Untersuchung von Prozessen erlauben, die in klassischen Lösemitteln einfach nicht denkbar sind“, erläutert Professor Endres. So könne erstmals fundamentale Elektrochemie in Flüssigkeiten unter Ultrahochvakuumbedingungen betrieben werden, um ungewöhnliche Doppelschichteffekte zu verstehen. Neue nanostrukturierte Batteriematerialien wie Aluminium- und Silizium-Nanodrähte können hergestellt und untersucht werden. Ionische Flüssigkeiten machen aber auch die Beschichtung komplizierter Werkstoffe wie Magnesium-Legierungen oder höchstfeste Stähle mit Zink oder Aluminium möglich, ohne das sich Wasserstoff einlagern kann und das Material spröde macht. Weitere Aktivitäten des Instituts liegen im Bereich des Metallrecyclings, wo ionische Flüssigkeiten die Entwicklung neuartiger und umweltschonender Prozesse erlauben.
Gegenwärtig werden am Institut folgende Themen bearbeitet:
- Doppel- und Multischichten ionischer Flüssigkeiten
- Elementarschritte bei der elektrochemischen Abscheidung von Metallen und Halbleitern
- Ultradünne Schichten ionischer Flüssigkeiten im Ultrahochvakuum
- Plasmaelektrochemie
- Neue Materialien für Lithiumionenbatterien
- Die „Solid Electrolyte Interface“ (SEI) von Batterien
- Zink/Luft-Batterien
- Metallrecycling
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