Energie-Materialien

Wir entwickeln elektrochemische Energiespeichermaterialien, innovative Wassertechnologien und umweltfreundliche Recyclingmethoden.

Die Forschungsabteilung für Energie-Materialien entwickelt Materialien, die Ionen und elektrische Ladung  effektiv über verschiedene Längenskalen transportieren und speichern. Unsere Materialien transportieren und speichern Ionen sowie elektrische Ladungen effektiv über verschiedene Längenskalen. Wir fokussieren auf nanoporöse Kohlenstoffe, Oxide, Carbide und Sulfide sowie deren Hybridisierung. Unser Workflow umfasst Materialsynthese, umfassende Materialcharakterisierung, elektrochemisches Benchmarking und In-situ-Analyse.

Ein Schwerpunkt liegt auf 2D-Materialien wie MXene und MBene, die in Superkondensatoren und Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien der übernächsten Generation eingesetzt werden können. Diese Materialien ermöglichen auch elektrochemische Entsalzung und Ionenrückgewinnung aus Wasser.

Wir nutzen vielfältige Charakterisierungsmethoden für tiefgreifendes Verständnis und setzen auf digitale Techniken in der prädiktiven Materialforschung. Unsere Kooperationen reichen von internationaler Grundlagenforschung bis zu industriellen Projekten.

Prof. Dr. Volker Presser
Leiter Energie-Materialien

Kontakt

Stellvertretender Leiter
M.Sc. Jean Gustavo de Andrade Ruthes
Doktorand
Telefon: +49 (0)681-9300-218
Laborsicherheitsbeauftrage
M.Sc. Zeyu Fu
Technische Mitarbeiterin
Telefon: +49 (0)681-9300-368
Sekretärin
Sylvia de Graaf
Sekretärin
Telefon: +49 (0)681-9300-501
Mitarbeiter/innen
Telefon: +49 (0)681-9300-151
Telefon: +49 (0)681-9300-218
Telefon: +49 (0)681-9300-368
Telefon: +49 (0)681-9300-374
Telefon: +49 (0)681-9300-268
Telefon: +49 (0)681-9300-374
Telefon: +49 (0)681-9300-230
Telefon: +49 (0)681-9300-liud
Telefon: +49 (0)681-9300-208
Telefon: +49 (0)681-9300-402
Telefon: +49 (0)681-9300-155/217
Telefon: +49 (0)681-9300-365
Telefon: +49 (0)681-9300-365
Telefon: +49 (0)681-9300-268
Forschung

Materialsynthese

Wir entwickeln, analysieren und wenden elektrochemisch aktive Materialien an um elektro-integrativ elektrochemische Aktivität mit elektrischer Leitfähigkeit zu verbinden. Hierzu besonders gut geeignet sind insbesondere Hybridmaterialien mit nanoskaligen Eigenschaften. Wir nutzen Techniken wie Sol-Gel-Verfahren, Atomlagenabscheidung und Elektrospinnen, und charakterisieren unsere Materialien durch vielfältige Methoden, wie zum Beispiel Elektronenmikroskopie, Röntgendiffraktion und Schwingungsspektroskopie. Diese Aktivitäten werden durch in situ und in operando Methoden ergänzt, um Prozesse und Mechanismen zu quantifizieren. Unser Materialportfolio umfasst viele verschiedene Materialien mit Schwerpunkt auf Kohlenstoffmaterialien und 2D-Materialien wie MXene, sowie Metalloxide und Konversionsmaterialien.

Energiespeicher

Elektrochemische Energiespeicherung ist ein zentraler Baustein nachhaltiger Technologien zur Umwandlung und Rückgewinnung von Energie. Wir entwickeln Elektrodenmaterialien der nächsten und übernächsten Generation für Natrium- und Lithium-Ionen-Batterien, Superkondensatoren und Hybridsysteme. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf neuartige wie MXene, Hochentropiematerialien und nanoskalierten Hybridmaterialien. Wir setzen eine Vielzahl von Synthese- und Charakterisierungsmethoden ein, um Interkalations-, Konversions- und Legierungsreaktionen zu nutzen, die die Speicherkapazität und die Lade-/Entladeraten verbessern. Digitalisierung und Modellierung von Energiematerialien und Elektrodenherstellung ergänzen unser Forschungsportfolio, welches eine Bandbreite von Grundlagenforschung bis hin zu Industriepartnerschaften umfasst.

Wassertechnologien

Energiematerialien sind nicht nur interessant für traditionelle elektrochemische Energiespeicherung, sondern auch für neuartige Wassertechnologien. Durch Prozesse, ähnlich denen für Batterien und Superkondensatoren, also Redoxprozesse (Ioneninterkalation, Legierung und Konversionsreaktionen) und Ionenelektrosorption, ist es möglich, kontrolliert Ionen aufzunehmen und wieder abzugeben. Damit ist es möglich, selbst spezifische Ionen selektiv zu immobilisieren und zu extrahieren, ohne dass für diesen Prozess hoher Druck oder Filtermembranen benötigt werden. Stattdessen kommen elektrochemische Prozesse und ionenselektive Materialien zum Einsatz. Wir widmen uns insbesondere den Themen der Meerwasserentsalzung, Lithium-Ionen-Extraktion und die Entfernung von Schwermetallionen. Unsere Vision ist es, elektrochemische Prozesse für eine Reihe von Elementen und Verbindungen für energieeffiziente Entsalzung im Hinblick auf kreislauforientierte Materialnutzung, lokale Elementgewinnung und Schadstoffentfernung zu entwickeln.

Publikationen

Cation selectivity during flow electrode capacitive deionization

Ren, Panyu | Wang, Bin | De Andrade Ruthes, Jean G. | Torkamanzadeh, Mohammad | Presser, Volker

Desalination , 2024, 592 118161.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0011916424008725

OPEN ACCESS Weiterlesen
Polyphosphonate covalent organic frameworks

Xu, Ke | Oestreich, Robert | Haj Hassani Sohi, Takin | Lounasvuori, Mailis | De Andrade Ruthes, Jean G. | Zorlu, Yunus | Michalski, Julia | Seiffert, Philipp | Strothmann, Till | Tholen, Patrik | Yazaydin, A. Ozgur | Suta, Markus | Presser, Volker | Petit, Tristan | Janiak, Christoph | Beckmann, Jens | Schmedt auf der Günne, Jörn | Yücesan, Gündog

Nature Communications , 2024, 15 7862.
https://www.nature.com/articles/s41467-024-51950-1

OPEN ACCESS Weiterlesen
Dry Electrode Processing for Free-Standing Supercapacitor Electrodes with Longer Life, Higher Volumetric Outputs, and Reduced Environmental Impact

Pameté Yambou, Emmanuel | de Andrade Ruthes, Jean G. | Hermesdorf, Marius | Seltmann, Anna | Tarimo, Delvina J. | Leistenschneider, Desirée | Presser, Volker

Energy & Environment Materials , 2024, xxx (xxx), xxx.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12775

OPEN ACCESS Weiterlesen
Solvation effects on aqueous ion adsorption and electrosorption in carbon micropores

Bragg, Ryan J. | Griffith, Kieran | Hwang, Imgon | Leketas, Mantas | Kaeper, Polus | Presser, Volker | Dryfe, Robert A. W. | Griffin, John M.

Carbon , 2024, 229 119531.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0008622324007504

OPEN ACCESS Weiterlesen
A sustainable approach: Repurposing harmful algal biomass as carbon-based catalysts for nitrogen fertilizer electrosynthesis from nitrate and CO2

Wang, He | Man, Shuaishuai | Wang, Han | Presser, Volker | Yan, Qun

Chemical Engineering Journal , 2024, 497 154455.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724059448#s0065

OPEN ACCESS Weiterlesen
Freestanding Films of Reduced Graphene Oxide Fully Decorated with Prussian Blue Nanoparticles for Hydrogen Peroxide Sensing

Martins, Vitor H. N. | da Silva, Monize M. | Goncalves, Daniel A. | Presser, Volker | Husmann, Samantha | Souza, Victor H. R.

ACS Omega , 2024, 9 (29), 31569-31577.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsomega.4c01457

OPEN ACCESS Weiterlesen
Functional Gel-Based Electrochemical Energy Storage

De Andrade Ruthes, Jean G. | Arnold, Stefanie | Prenger, Kaitlyn | Jaski, Ana C. | Klobukoski, Vanessa | Riegel-Vidotti, Izabel C. | Presser, Volker

Chemistry of Materials , 2024, 36 (12), 5861-5877.
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.chemmater.4c00321

OPEN ACCESS Weiterlesen
Nitrogen-Doped Graphene-Like Carbon Intercalated MXene Heterostructure Electrodes for Enhanced Sodium- and Lithium-Ion Storage

Liang, Kun | Wu, Tao | Misra, Sudhajit | Dun, Chaochao | Husmann, Samantha | Prenger, Kaitlyn | Urban, Jeffrey J. | Presser, Volker | Unocic, Raymond R. | Jiang, De-en | Naguib, Michael

Advanced Science , 2024, 11 (31), 2402708_1-10.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202402708

OPEN ACCESS Weiterlesen
Continuous Lithium-Ion Extraction From Seawater and Mine Water With a Fuel Cell System and Ceramic Membranes

Kök, Cansu | Wang, Lei | Ruthes, Jean Gustavo A. | Quade, Antje | Suss, Matthew E. | Presser, Volker

Energy & Environment Materials , 2024, 7 (6), e12742.
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/eem2.12742

OPEN ACCESS Weiterlesen
Removal of Mo(VI), Pb(II), and Cu(II) from wastewater using electrospun cellulose acetate/chitosan biopolymer fibers

Lopez, Esmeralda | Gómez, Mauricio | Becar, Ian | Zapata, Paula | Pizarro, Jaime | Navlani-García | Cazorla-Amorós, Diego | Presser, Volker | Gómez, Tatiana | Cárdenas, Carlos

International journal of biological macromolecules , 2024, 269 (Part 2), 132160.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0141813024029659?via%3Dihub

OPEN ACCESS Weiterlesen
1 2 3 26