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Mit 2,5 Mio. Euro fördern die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und das NRW-Ministerium für Kultur und Wissenschaft die Anschaffung eines Hightech-Geräts an der Universität Duisburg-Essen. Der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Doris Segets, die zur Verarbeitung neuer Materialien für Energieanwendungen forscht, eröffnet das ganz neue Möglichkeiten: Das System kann automatisiert Elektroden präzise und mit gleichbleibend hoher Qualität herstellen, es erlaubt einen hohen Durchsatz an Experimenten und ein integriertes Datenmanagement. Das drei Tonnen schwere Großgerät, das über 20 Quadratmeter Platz beansprucht, wird gerade von einer Spezialfirma gebaut und soll Anfang 2027 installiert werden.
Im deutschsprachigen Raum gibt es nur wenige Forschungsgeräte zur automatisierten und integrierten Elektrodenherstellung und -charakterisierung. Meist sind sie für Batterieanwendungen ausgelegt. Anders das System, das Chemieingenieurin Prof. Dr. Doris Segets eingeworben hat: „Damit möchten wir Elektroden für Wasserstofftechnologien, wie z.B. Elektrolyseure, Brennstoffzellen, oder zur elektrokatalytischen Umsetzung von CO₂ optimieren. Mit dem neuen Forschungsgroßgerät werden wir unsere bisherigen Arbeiten auf ein neues Level heben“, betont sie. Eingebunden wird es in das Interdisciplinary Center for Analytics on the Nanoscale (ICAN), das ebenfalls von der DFG gefördert wird. In diesem Analytikzentrum können die Arbeitsgruppen der Universität, aber auch externe Partner etwa aus der Industrie ihre Proben mit den jeweils am besten geeigneten Methoden analysieren lassen.
Elektrochemische Funktionsmaterialien sind in der Elektrolyse, in Brennstoffzellen, Batterien und bei der CO₂-Reduktion wesentlich. Sie werden z. B. als Paste oder pulverbasierte Tinte auf ein Substrat (etwa eine ionenleitende Membran) aufgetragen. Je nach ihrer Zusammensetzung bzw. Struktur steuern und beschleunigen sie als zentraler Bestandteil der Elektrode Reaktionen und machen die Technologien langlebiger, wirtschaftlicher und nachhaltiger.
Solche Elektroden zu entwickeln, ist allerdings herausfordernd: Denn die Elektroden müssen immer gleich hergestellt werden, damit die Testergebnisse zuverlässig sind und nicht durch kleine Abweichungen verfälscht werden. Außerdem müssen viele Testvarianten produziert werden, um die besten Materialien und Prozesse zu finden. „Wegen des hohen Probendurchsatzes und der erforderlichen Reproduzierbarkeit ist es sehr aufwändig, Elektroden manuell zu entwickeln“, so Segets.
Das neue Forschungsgroßgerät, das voraussichtlich im Frühjahr 2027 am Campus Duisburg in Betrieb gehen wird, kann hingegen Elektroden automatisiert herstellen, testen und Metadaten erfassen; auch wird es in ein elektronisches Laborbuch eingebunden. „Dadurch können wir besser verstehen, welche Material- und Herstellungsprozesse die beste Leistung und Stabilität ermöglichen“, so Segets. Langfristig will ihre Arbeitsgruppe das System weiterentwickeln. Mithilfe von integriertem Datenmanagement und Künstlicher Intelligenz soll es Experimente teilautonom planen und durchführen. Die Wissenschaftler:innen werden diese KI-Vorschläge prüfen, sie ggf. anpassen und dann freigeben.
Prof. Dr. Doris Segets, Partikeltechnik, Tel. 0203/37 9-8230, doris.segets@uni-due.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten, Wissenschaftler
Energie, Maschinenbau, Werkstoffwissenschaften
überregional
Forschungs- / Wissenstransfer, Forschungsprojekte
Deutsch
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