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Wasserstofftechnologie

Multifunktionale Grenzflächen

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Prototyp einer photoelektrischen Zelle zur Wasserstofferzeugung. Foto: Hereon

Die direkte solare Wasserstofferzeugung mittels photoinduzierter Wasserspaltung besitzt ein hohes Potenzial zur Sicherung bestehender Ressourcen und zur Erhöhung des Anteils erneuerbarer Energien. Die Umwandlung der regenerativen Energien in chemische Energie in Form von Wasserstoff stellt eine effiziente Speichertechnologie dar und kann damit Fluktuationen in der Energieherstellung und im Energieverbrauch ausgleichen.

Die Abteilung Multifunktionale Grenzflächen verfolgt daher mit ihren Arbeiten folgende Ziele:

Profil

Prinzip der photokatalytischen Wasserspaltung.

Prinzip der photokatalytischen Wasserspaltung. Abbildung: Hereon

Trotz des großen Bedarfs zur technischen Realisierung der photoelektrochemischen Wasserstofferzeugung konnte bislang nur die grundsätzliche Machbarkeit im Labor nachgewiesen werden. Auf technischem Maßstab ist es noch nicht gelungen, effizient arbeitende Zellen zu entwickeln. Ein umfassendes Verständnis als Grundlage einer systematischen Weiterentwicklung fehlt.

In der Abteilung „Multifunktionale Grenzflächen“ werden innovative Techniken zur Herstellung großflächiger Photoelektroden evaluiert. In enger Zusammenarbeit mit der Helmut-Schmidt-Universität, Hamburg, wird dafür insbesondere das Kaltgasspritzen erprobt. Ein wesentlicher Schritt zur Erhöhung der Effizienz ist eine optimale Strukturierung der Oberfläche, für die am Hereon Methoden vom Nano- bis in den Mikrobereich entwickelt werden.

Verschiedene Elektroden

Verschiedene mit dem CGS Prozeß hergestellte Elektroden (TiO2, Hämatit, BiVO4). Foto: Hereon

Für eine kommerziell einfache und ökonomische Herstellung von großflächigen Photoelektroden ist der Transfer von Halbleiterpulvern (z.B. TiO2, WO3, Hämatit (α-Fe2O3)) in eine effizient arbeitende Elektrodenstruktur notwendig.

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Surface topography CGS electrodes. Foto: Hereon

Einer der Hauptfaktoren der Effizienz der Katalysatoren ist die für die Wasserspaltung zur Verfügung stehende katalytische Oberfläche. Unsere Abteilung arbeitet daher mit strukturierten Elektroden, die eine – im Vergleich zu flachen Elektroden – sehr viel höhere Oberfläche besitzen. Dabei werden neuartige Techniken zur Strukturierung in verschiedenen Größenordnungen untersucht.

Beispiele aus der Forschung

Kontakt


Prof. Dr. Thomas Klassen Leiter des Geschäftsbereichs Wasserstofftechnologie

Hereon-Institut für Wasserstoffforschung

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