Angewandte Elektrochemie (W2) Prof. Dr. Andrea Balducci Forschungsschwerpunkte Synthese und Charakterisierung von ionischen Flüssigkeiten als Elektrolyte in Hochleistungsspeichersystemen Neue Elektrolytsysteme für Superkondensatoren, Metall-Ionen-Batterien und organische Polymerbatterien Elektrochemische, chemisch-physikalische und thermische Analytik von Elektrolytsystemen Untersuchung der Interaktion neuartiger Aktivmaterialen mit entwickelten Elektrolytsystemen Ionische Flüssigkeiten sind interessante Elektrolyte für Energiespeicher, z.B. Superkondensatoren und wiederaufladbare Batterien Die Gruppe beschäftigt sich intensiv mit der Synthese und Charakterisierung neuartiger ionischer Flüssigkeiten, die für die Energiespeicherung geeignet sind. Wir haben kürzlich die Eigenschaften einer neuen Klasse von Elektrolyten auf der Basis von „Wasser-in-protischen ionischen Flüssigkeiten“ vorgeschlagen und untersucht. Wir haben gezeigt, dass diese Elektrolytlösungen Eigenschaften an der Grenze zwischen aprotischen und protischen Elektrolyten aufweisen, die genau abgestimmt werden können [3]. Des Weiteren arbeitet die Gruppe gemeinsam mit französischen und italienischen Kollaborationspartnern an der Immobilisierung protischer Flüssigkeiten, z.B. in Polymeren oder Silicagelen, mit dem Ziel, die elektrochemische Betriebsspannung dieser Klasse ionischer Flüssigkeiten zu erweitern [4]. [2] Stettner, T., Walter, F. C., Balducci, A. (2019): Imidazolium‐Based Protic Ionic Liquids as Electrolytes for Lithium‐Ion Batteries. Batteries & Supercaps, DOI: 10.1002/batt.201800096. [3] Stettner, T., et al. (2020): Protic Ionic Liquids-Based Crosslinked Polymer Electrolytes: A New Class of Solid Electrolytes for Energy Storage Devices. Energy Technology, DOI: 10.1002/ente.202000742. [4] Stettner, T., et al. (2019): Water in Protic Ionic Liquids: Properties and Use of a New Class of Electrolytes for Energy‐Storage Devices. ChemSusChem, DOI: 10.1002/cssc.201901283. Abb. 2. Elektrochemisches Stabilitätsfenster von Wasser in protisch ionischen Flüssigkeiten. In Kollaboration mit Claudio Gerbaldi (Politecnico di Torino) und Jean Le Bideau (University of Nantes). Modifiziert nach Ref. [4]. In der Arbeitsgruppe wurde eine in situ STA (simultane thermische Analyse) Zelle entwickelt, mit der die Änderung des Wärmeflusses, der Masse, des Zellwiderstandes und der Kapazität gleichzeitig gemessen werden kann. Mit der in situ STA Zelle kann ein tiefergreifendes Verständnis für die Stabilität von Superkondensatoren erlangt werden [1]. Ebenfalls wurde eine elektrochemische Zelle für in operando GC-MS Analysen entwickelt. Die in operando Zelle ermöglicht eine kontinuierliche Entnahme des flüssigen Elektrolyten und dessen Analyse durch GC mit MS-Kopplung, während die Zelle verschiedenen elektrochemischen Parametern (verschiedene Spannungen und Ströme) ausgesetzt wird. Durch simulierte Zellalterung können so verschiedene Abbauprodukte des Elektrolyten und der Elektroden nachgewiesen und identifiziert werden. [1] Hess, L.H., Bothe, A., Balducci, A. (2021): Design and Use of a Novel In Situ Simultaneous Thermal Analysis Cell for an Accurate “Real Time” Monitoring of the Heat and Weight Changes Occurring in Electrochemical Capacitors. Energy Technology, DOI: 10.1002/ente.202100329. Entwicklung von in situ und in operando Testzellen zur Untersuchung von Grenzflächenprozessen in Energiespeichersystemen Abb. 1. 3D Darstellung der Veränderung von Kapazität, Zellwiderstand, Wärmefluss und Masse bei verschiedenen Zellspannungen. Modifiziert nach Ref. [1]. 102 — FORSCHUNG
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