Die alkalische Elektrolyse (AEL) ist eine wichtige Technologie zur Produktion von grünem Wasserstoff durch die Spaltung von Wasser. In der vorliegenden Arbeit wurden unterschiedliche Methoden zur Herstellung von funktionalisierten Elektroden und deren Einflüsse auf die Aktivitäten in der AEL untersucht. Dabei wurden unteranderem Metallsubstrate in Gemischen aus unterschiedlichen Übergangsmetallionen mit metallorganischen Gerüstverbindungs-(MOF)-Linkern in einem Konvektions- und einem Mikrowellenofen erhitzt, sodass MOF-Strukturen auf den Substraten ausgebildet wurden. Durch die Anwendung von Mikrowellenstrahlung konnte eine neuartige Synthese gezeigt werden, die die Synthesezeit von mehreren Stunden auf wenige Minuten reduziert. Darüber hinaus wurde eine neuartige Synthese von MOFs auf unedlen Metallsubstraten vorgestellt, wodurch die Synthesekosten erheblich reduziert werden konnten und eine erhöhte Aktivität erreicht wurde.
Alkaline electrolysis (AEL) is an important technology for the production of green hydrogen through the splitting of water. In this study, various methods for the fabrication of functionalized electrodes and their influences on activities in AEL were investigated. Among other approaches, metal substrates were heated in mixtures of different transition metal ions with metal-organic framework (MOF) linkers in both a convection oven and a microwave oven, resulting in the formation of MOF structures on the substrates. The application of microwave radiation demonstrated a novel synthesis, reducing the synthesis time from several hours to a few minutes. Furthermore, a novel synthesis of MOFs on base metal substrates was introduced, significantly reducing synthesis costs and achieving enhanced activity.
Electrochemical Society Journal of the Electrochemical Society Bristol : IOP Publishing, 1948 170(2023), Artikel-ID 084511, Seite 1-13 Online-Ressource
In Bezug auf nachhaltige Energien sind fortschrittliche Energiespeichertechnologien entscheidend. Dabei gewinnen alternative Batterie-Elektrolyte für Sicherheit und Umwelt an Bedeutung. Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) hilft, solche Materialien zu verstehen und zu optimieren. Die Festkörper-NMR gibt Einblicke in Strukturen und Ionen-Dynamik. Diese Arbeit verbindet Grundlagen der Materialwissenschaft mit praktischer Energiespeicherung durch Festkörper-NMR in nachhaltiger Energieforschung. Der erste Teil fokussiert auf Succinonitril-basierte Materialien mit Polymeren zur Erhöhung der Li-Ionen-Leitfähigkeit. Weitere Experimente erfolgen unter realen Batteriebedingungen. Der zweite Teil erforscht Na-β"-Aluminat, mit dem Ziel Betriebstemperaturen zu senken. Die Analyse umfasst die Identifizierung von Na-Spezies, den 3d-Übergangsmetalleinfluss und den Austausch von Na- zu Li-Ionen.
In the field of sustainable energy, advanced energy storage is crucial. Alternative electrolytes gain interest for safety and environmental benefits. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy helps with understanding and optimising materials. Solid-state NMR delves into structures and ion dynamics, providing insights into interactions and ion parameters. This work aims to bridge fundamental materials science and practical energy storage, utilising solid-state NMR within sustainable energy research. The first part focuses on succinonitrile-based materials, enhancing Li-ion conductivity with polymers. Investigations assess polymer impact and Li-concentrations, revealing varying interactions and ion environments. The most promising material is tested in realistic battery cell conditions. The second part explores Na-β"-alumina electrolytes, aiming to lower operating temperatures. Analysis includes identifying Na-species, characterising 3d transition metal influence, and investigating the Na to Li-ion exchange.
In Bezug auf nachhaltige Energien sind fortschrittliche Energiespeichertechnologien entscheidend. Dabei gewinnen alternative Batterie-Elektrolyte für Sicherheit und Umwelt an Bedeutung. Die Kernspinresonanzspektroskopie (NMR) hilft, solche Materialien zu verstehen und zu optimieren. Die Festkörper-NMR gibt Einblicke in Strukturen und Ionen-Dynamik. Diese Arbeit verbindet Grundlagen der Materialwissenschaft mit praktischer Energiespeicherung durch Festkörper-NMR in nachhaltiger Energieforschung. Der erste Teil fokussiert auf Succinonitril-basierte Materialien mit Polymeren zur Erhöhung der Li-Ionen-Leitfähigkeit. Weitere Experimente erfolgen unter realen Batteriebedingungen. Der zweite Teil erforscht Na-β"-Aluminat, mit dem Ziel Betriebstemperaturen zu senken. Die Analyse umfasst die Identifizierung von Na-Spezies, den 3d-Übergangsmetalleinfluss und den Austausch von Na- zu Li-Ionen.
In the field of sustainable energy, advanced energy storage is crucial. Alternative electrolytes gain interest for safety and environmental benefits. Nuclear magnetic resonance (NMR) spectroscopy helps with understanding and optimising materials. Solid-state NMR delves into structures and ion dynamics, providing insights into interactions and ion parameters. This work aims to bridge fundamental materials science and practical energy storage, utilising solid-state NMR within sustainable energy research. The first part focuses on succinonitrile-based materials, enhancing Li-ion conductivity with polymers. Investigations assess polymer impact and Li-concentrations, revealing varying interactions and ion environments. The most promising material is tested in realistic battery cell conditions. The second part explores Na-β"-alumina electrolytes, aiming to lower operating temperatures. Analysis includes identifying Na-species, characterising 3d transition metal influence, and investigating the Na to Li-ion exchange.