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FORSCHUNG — 67
Die Suche nach alternativen Elektrodenreaktionen für die
Speicherung elektrischer Energie ist derzeit ein attraktives
Forschungsfeld. Anstelle von Interkalationsverbindungen
bieten Konversionsreaktionen die Möglichkeit, hohe Kapa-
zitäten und Energiedichten bei gleichzeitig niedrigem Preis
zu realisieren. Eine gute Kinetik und ausreichende Wieder-
aufladbarkeit ist jedoch noch nicht erreicht. Besonders
aussichtsreich ist die Kombination von Natrium mit den
Chalkogenen Sauerstoff oder Schwefel. Verschiedenste
Zellkonzepte sind hier denkbar, um die Redoxaktivität von
Sauerstoff oder Schwefel maximal auszunutzen. In einem
Projekt wurde untersucht, wie sich das Zellverhalten einer
Natrium/Sauerstoff-Batterie durch Einsatz verschiedener
Kohlenstoffträgermaterialien als Stromableiter (positive
Elektrode) beeinflussen lässt (Abb. 2). Eine Gasdiffusions-
schicht aus Kohlenstoffnanofasern zeigte hier ein
besonders gutes Verhalten.
[3] Adelhelm P., Hartmann P., Bender C. L., Busche M., Eufinger C., Janek
J. (2015): From lithium to sodium: cell chemistry of room temperature
sodium–air and sodium–sulfur batteries. Beilstein Journal of Nanotech-
nology. DOI:10.3762/bjnano.6.105.
Abb. 2. Kapazität einer Natrium/Sauerstoff-Batterie in
Abhängigkeit des Kohlenstoffträgermaterials (positive Elektrode).
Durch den Einsatz von Kohlenstoffnanofasern (CNTs) konnte
die Reversibilität und Kapazität gegenüber von
Standardmaterialen (GDL) signifikant verbessert werden.
Die Gruppe von Dr. Peter Scholz beschäftigt sich mit der
Selektiv- und Totaloxidation von Kohlenwasserstoffen und
dem Recycling von Edelmetallen. Hierbei kommen Materia-
lien wie Perowskite, Spinelle, Edelmetalle (PGM) und ver-
schiedene Kohlenstoffnanomaterialien und Adsorbentien
zum Einsatz. Diese Materialien finden Anwendung für Reak-
tionen in der Gas- und Flüssigphase, entweder bei der kata-
lytischen Nachverbrennung von Schadstoffen und bei diver-
sen Oxidations- oder Kupplungsreaktionen.
Konversionsreaktionen / neue Zellkonzepte
Kohlenstoffnanofasern / Katalyse
Multiwalled Carbon Nanotubes
Die Einbringung von sauerstoffhaltigen Funktionalitäten
auf Kohlenstoffnanofasern mittels einer Reihe von oxidie-
renden Spezies wie O
2
, O
3
, H
2
O
2
, OH-Radikalen, Fentons
Reagenz, KMnO
4
, RuO
4
, OsO
4
, NaOCl etc. und die Charak-
terisierung dieser Materialien durch physikalisch-
chemische Methoden wie Elementaranalyse, BET, Porosi-
metrie, XRD, XPS, TGA, Raman-Spektroskopie, Böhm-
Titration und chemische Modifikationen mittels Schiff-
schen Basen und Thiolen steht im Vordergrund der Arbei-
Abgasreinigung
Die Verschärfung der Abgasgrenzwerte von Automobilen und
industriellen Emmissionen stellt eine stetige Herausforderung
für Katalysatorentwicklung und Anlagenbau dar. Hierzu wer-
den edelmetallfreie Mischoxidkatalysatoren vom Spinell- und
Perowskittyp entwickelt, die aktiver als industriell verfügbare
Edelmetallkatalysatoren sind und die in verschiedenen Bran-
chen wie der Druckindustrie, der Kunstoffbe- und -verar-
beitung, der industriellen Teilereinigung, der Elektronikindust-
rie und in Lackierereien zum Einsatz gelangen.
[5] Krech T., Krippendorf R., Jäger B., Präger M., Scholz P., Ondruschka B.
(2013): Microwave radiation as a tool for process intensification in exhaust
gas treatment. Chemical Eng. and Process.: Process Intensification, 71, 31-
36. DOI:10.1016/j.cep.2013.02.001.
[4] Bender C.L., Bartuli W., Schwab M. G., Adelhelm P., Janek J. (2015):
Toward better sodium-oxygen batteries: A study on the performance of
engineered oxygen electrodes based on carbon nanotubes. Energy Tech-
nology. DOI:10.1002/ente.201402208.
ten. Die oxyfunktionalisierten Kohlenstoffnanofasern eig-
nen sich als Katalysatoren für die oxidierende Dehydrie-
rung von Ethylbenzol zu Styrol, einem industriell bedeutsa-
men Synthesebaustein, der bisher mittels eines energie-
aufwendigen Dehydrierungsprozesses hergestellt wird.
[6] Qui N.V., Scholz P., Keller T.F., Pollok K., Ondruschka B. (2013): Ozonated
multiwalled carbon nanotubes as highly active and selective catalyst in the
oxidative dehydrogenation of ethyl benzene to styrene. Chem. Eng. Tech-
nol., published online. DOI:10.1002/ceat.201200354.