Eine neue, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Gruppe an der Universität Ulm untersucht elektrochemische und elektrokatalytische Prozesse an der Grenzfläche von Elektroden und Elektrolyten. Diese Prozesse spielen zum Beispiel bei der Umwandlung und Speicherung von Energie in Batterien oder Brennstoffzellen eine wichtige Rolle. Die Forschergruppe „Elementary reaction steps in electrocatalysis: Theory meets experiment“ wird für drei Jahre von der DFG mit 2,2 Millionen Euro gefördert. „Wie der Gruppenname verrät, arbeiten bei uns Vertreter der Theoretischen und der Experimentellen Chemie zusammen. Die Universität Ulm ist für solche Kooperationen besonders gut geeignet, da es hier eine weltweit einzigartige Ansammlung von Theoretikern gibt, die an elektrochemischen Fragestellungen interessiert sind und die auf kompetente experimentelle Partner treffen“, erklärt der Sprecher des Projekts, Professor Axel Groß. Sieben weitere Ulmer Gruppenmitglieder kommen aus verschiedenen Bereichen der Chemie und arbeiten mit Forschern der Technischen Universität München sowie der Universität Duisburg-Essen zusammen.
Obwohl Energiespeicherung zu den relevantesten Themen unserer Zeit zählt, haben Forscher die einzelnen mikroskopischen Schritte bei vielen scheinbar einfachen elektrokatalytischen Reaktionen noch nicht vollständig erfasst. Dabei erschwert die komplexe Struktur der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfläche die experimentelle Aufklärung der Reaktionsschritte. Durch verbesserte Computerleistungen und genauere Algorithmen sind in den letzten Jahren allerdings enorme Fortschritte im theoretischen Verständnis dieser Prozesse gemacht worden. An diesem Punkt setzt die neue DFG-Forschergruppe an: „Früher hat sich die Theoretische Chemie häufig darauf beschränkt, experimentelle Beobachtungen zu erklären. In unserem aktuellen Projekt wollen wir Theoretiker, basierend auf quantenchemischen Verfahren, verlässliche Voraussagen über Strukturen und Prozesse bei der Elektrokatalyse machen“, erklärt Axel Groß. Durch die enge Verbindung von theoretischen Verfahren mit analytischen experimentellen Methoden sollen elementare Reaktionsschritte der Elektrokatalyse aufgeklärt werden. Insgesamt verfolge die Gruppe nicht unbedingt das Ziel, leistungsstärkere Brennstoffzellen oder Batterien zu entwickeln, sondern wolle in erster Linie zur Grundlagenforschung beitragen, die aber unbedingt notwendig für den technischen Fortschritt sei.
Um den Anwendungsbezug der Forschung zu gewährleisten, wollen die Wissenschaftler mit dem Zentrum für Sonnenenergie und Wasserstoffforschung (ZSW) sowie mit dem zukünftigen Helmholtz-Institut für Grundlagen der elektrochemischen Energiespeicherung zusammenarbeiten. „Wir hoffen, dass unser Projekt nach Ablauf der drei Jahre verlängert wird und dass die Forschergruppe in Zukunft den Kern für weitere Verbünde im Bereich Energiespeicherung und –umwandlung bildet“, so Axel Groß.
Neben dem Dekan der Fakultät für Naturwissenschaften, Professor Axel Groß, gehören die Ulmer Theoretiker Professor Wolfgang Schmickler, Privatdozent Dr. Timo Jacob und Dr. Elizabeth Santos der Forschergruppe an. Sie werden von Professor Eckhard Spohr an der Universität Duisburg-Essen unterstützt. Auf experimenteller Seite arbeiten die Ulmer Wissenschaftler Professor Jürgen Behm, Dr. Harry Hoster, Dr. Zenonas Jusy und Dr. Ludwig Kibler mit Professor Ulrich Stimming von der Technischen Universität München zusammen. Stimmig ist zugleich Honorarprofessor der Universität Ulm. Von der DFG-Förderung über 2,2 Millionen Euro gehen fast 1,9 Millionen Euro an die hiesige Universität.
Von Annika Bingmann