Keramische Elektrolyte und Elektroden

Die Gruppe »Keramische Elektrolyte und Elektroden« arbeitet als Teil der Abteilung für stationäre Energiespeicher an neuen Materialien und Komponenten für die Energiespeicherung und Wandlung.

Keramische Elektrolyte und Aktivmaterialien für Natrium-basierte Batteriezellsysteme

Ein Schwerpunkt der Arbeitsgruppe sind keramische Elektrolyte auf Basis von Na-β"-Aluminat. Neben der hohen ionischen Leitfähigkeit sowohl bei hohen Temperaturen als auch bei Raumtemperaturbietet Na-β"-Aluminat den Vorteil, gegenüber Natrium stabil zu sein. Damit ist es möglich, elementares Natrium als Anode in Zellen zu verwenden. Festelektrolyte aus Na-β"-Aluminat können sowohl in planarer als auch in tubulärer Geometrie auf den Technikumsanlagen am Fraunhofer IKTS in kleinen bis mittleren Stückzahlen gefertigt werden. Dabei stehen Fertigungsmethoden wie das uniaxiale- oder isostatische Pressen, das Gießen oder die kaltplastische Extrusion zur Verfügung.

Neben keramischen Elektrolyten wird auch an Aktivmaterialien wie LNMO oder NVP für Natrium-basierte Zellsysteme geforscht. Dafür stehen Syntheserouten im Labormaßstab sowie die Möglichkeiten zur Skalierung bis zu 50 kg zur Verfügung. Die synthetisierten Aktivmaterialien werden in Elektroden integriert und in vorhandenen Messsystemen elektrochemisch qualifiziert.

Elektroden für elektrochemische Reaktoren

In der interdisziplinären Forschungsgruppe liegt ein weiterer Fokus auf der Entwicklung von Elektroden mit hoher Stromdichte, Effizienz und Langlebigkeit – maßgeschneidert für unterschiedliche elektrochemische Reaktoren:

• Alkalische Wasserelektrolyse (grüner Wasserstoff)
• Elektrochemische H₂O₂-Produktion (Advanced Oxidation Processes, AOP)
• CO₂-Reduktion (Bildung von Kohlenwasserstoff-Verbindungen)
• Metall-Luft-Batterien (z. B. Eisen-, Zink- oder Al-Luft-Batterie)

Insbesondere im Bereich der Gasdiffusionselektroden besitzt das Fraunhofer IKTS umfangreiche Erfahrungen hinsichtlich Materialauswahl, Prozessentwicklung und applikationsorientierter Optimierung.

Eine Schlüsselkomponente sind Elektrokatalysatoren, die wir über verschiedene Methoden entwickeln und in elektrochemische Reaktoren integrieren. Zum einen nutzen wir das elektrochemische Beschichten von zugeschnittenen Elektrokatalysatoren für die jeweilige Reaktion. Dabei können Oberflächenstrukturen hin zu hohen Stromdichten und geringen Verlusten modifiziert werden. Zum anderen können auch Korrosionsschutz-Schichten für die jeweilige Problemstellung realisiert werden.