Fakultätsbericht 2016-2017

Lehrstuhl für Organische Chemie II Prof. Dr. Ulrich S. Schubert Forschungsschwerpunkte  Batterien („beyond current lithium batteries“): Herstellung und Charakterisierung von organischen und polymerbasierten Batterien — von kleinen druckbaren Batterien bis hin zu großen stationären Redox-Flow-Batterien  Life Science: Entwicklung von polymerbasierten Materialen für medizinische Anwendungen (z. B. Träger von Wirkstoffen)  Selbstheilende Materialien: Erforschung von Polymeren, welche nach einem Schaden ihre ursprüng- liche Funktion (teilweise) wiederherstellen können, z. B. Rissheilung in reversibel-kovalenten Polymeren  Supramolekulare Chemie: Synthese und Charakterisierung von redox- und/oder photoaktiven Übergangsmetallkomplexen (z. B. für die photokatalytische Wasserspaltung) sowie von Anionen- rezeptoren auf Basis von Halogenbrückenbindungen 46 — FORSCHUNG Wiederaufladbare elektrochemische Energiespei- cher, besser bekannt als Akkumulatoren oder Sekundärbatterien, bilden die Grundlage für eine Vielzahl von Zukunftstechnologien. So kann die Energiewende, hin zu regenerierbaren, primär sonnen- und windbasierten Energiequellen, nur gelingen, wenn das Problem der unzuverlässige- ren, unregelmäßigeren Stromeinspeisung durch Solarzellen, Windräder etc. überwunden werden kann. Dazu muss die produzierte elektrische Energie in Zeiten einer Überproduktion gespei- chert, bei verminderter Produktion wieder in das Netz eingespeist werden können. Dies kann durch den Einsatz großformatiger Sekundärbatte- rien mit Speicherkapazitäten von bis zu mehreren Materialien für Batterieanwendungen: Entwicklung von skalierbaren Redox-Flow-Batterien MWh erreicht werden. Dabei stellen sogenannte Redox-Flow-Batterien, die auf der Speicherung der elektrischen Ladung in flüssigen, gepumpten Elektrolyten beruhen, eine vielversprechende Technologie dar, da diese Stromspeicher belie- big skalierbar sind. Die bisher verwendeten, metallischen Aktiv- materialien werden nun durch organische Alter- nativen ersetzt, die eine geringere Toxizität so- wie eine umweltfreundlichere und nachhaltigere Rohstoffbasis und Entsorgung ermöglichen sol- len. Insbesondere Materialien basierend auf 2,2,6,6-Tetramethylpiperidin-1-yl-oxyl (TEMPO) oder einer Kombination aus Thianthren und Tet- racyanoanthrachinodimethan (TCAQ) erwiesen sich als aussichtsreiche Aktivmaterialien in ex- perimentellen, labormaßstäblichen Redox-Flow- Batterien bzw. Dünnfilm-Batterien [1-4]. [1] Janoschka, T., Martin, N. , Hager, M.D., Schubert, U.S. (2016): An aqueous redox-flow battery with high capacity and power: The TEMPTMA/MV system. Angew. Chem. Int. Ed., DOI:10.1002/ anie.201606472. [2] Wild, A., Strumpf, M., Häupler, B., Hager, M.D., Schubert, U.S. (2017): All-organic battery composed of thianthrene- and TCAQ-based polymers. Adv. Energy Mater., DOI: 10.1002/aenm.201601415. [3] Janoschka, T., Martin, N., Martin, U., Friebe, C., Morgenstern S., Hiller H., Hager M. D., Schubert U. S. (2015): Aqueous, polymer-based redox-flow battery using non-corrosive, safe, and low-cost materials. Nature, DOI: 10.1038/nature15746. [4] Winsberg, J., Janoschka, T., Morgenstern, S., Hagemann, T., Münch, S., Hauffmann, G., Gohy, J.-F., Hager, M.D., Schubert, U.S. (2016): Poly(TEMPO)/zinc hybrid-flow battery: A novel, “green,” high voltage, and safe energy storage system. Adv. Mater., DOI: 10.1002/ adma.201505000. Abb. 1. (a) Foto einer Redox-Flow-Testzelle zur Charakterisierung organischer Batteriematerialien [3]. (b) Schematische Darstellung des Funktionsprinzips einer Redox-Flow-Batterie [4].