Prof. Dr. Mark Schülke

Forschungsschwerpunkte

Wasserstoff-Speicherung in Metallhydriden

Ausschnitt BES [Quelle: Alexander Schaaf]

Im Zusammenhang mit dem steigenden Interesse an regenerativen Energien ist auch Wasserstoff als Energieträger ein zentrales Thema. Neben der effizienten Erzeugung von reinem Wasserstoff ist vor allem dessen Speicherung und Transport eine Herausforderung.

Die reversible Speicherung von Wasserstoff in Form von Metallhydriden ist dabei aufgrund der extrem hohen volumetrischen Speicherdichte eine hochinteressante Alternative zu den gängigen Methoden (Druck- und Flüssiggas). Metalle wie Titan nehmen gasförmigen Wasserstoff in den Festkörper auf und binden ihn chemisch in einer Hydridphase. Darauf basierende, optimierte Legierungen werden bereits heute als Speicher eingesetzt, dennoch sind noch viele Fragen zu klären, und die Entwicklung ist sicherlich noch lange nicht abgeschlossen.

Im Labor für Technische Physik werden in Kooperation mit Wirtschafts- und Hochschulpartnern Metallhydride von den materialwissenschaftlichen Grundlagen bis hin zur Entwicklung von Speichersystemen und deren Einbindung in Fahrzeuge erforscht. Dabei sind neben den Speichersystemen unter anderem auch Beladungsanlagen für verschiedene Speichergrößen realisiert worden, die die Grundlage für regionale Infrastrukturen bilden können.

Wasserstoff-Mobilität

Wassertropfen

Im Zuge einer nachhaltigen Energiewirtschaft bilden unter anderem intelligente Mobilitätskonzepte einen wichtigen Baustein. Die Elektromobilität gewinnt in diesem Zusammenhang zunehmend an Bedeutung und wird eine große Rolle in Mobilitätsszenarien kommender Jahrzehnte spielen.

Die Energiespeicherung bzw. -versorgung eines Elektrofahrzeugs kann dabei neben der klassischen Batterie auch über eine Brennstoffzelle mit Wasserstoffspeicher geschehen, was zum Beispiel Vorteile bezüglich der Reichweite mit sich bringt.

Insgesamt sind im Bereich der Elektro- oder Wasserstoff-Mobilität neben der reinen Fahrzeugtechnik auch die Entwicklung der Infrastruktur (Beladung/Betankung) und ganzheitliche Mobilitätskonzepte zu entwickeln.

Das Labor für Technische Physik beschäftigt sich mit verschiedenen Fragestellungen im Zusammenhang mit Wasserstoff-Mobilität:

  • Entwicklung von Wasserstoff-Fahrzeugen mit besonderem Fokus auf Wasserstoffspeicherung, Energiemanagement, Wärmemanagement.
  • Entwicklung von Betankungssystemen, speziell für Metallhydrid-Speicher.
  • Entwicklung von Infrastruktur- und Mobilitätskonzepten.
  • Einbindung des Themas Wasserstoff-Mobilität in die studentische Lehre und die Lehre und Fortbildung allgemein.

Informationen zum aktuellen Projekt "Energy4Mobile" finden Sie hier >

Analytik an Festkörpern (insbes. Metall-Wasserstoff-Systeme)

AES-Aufnahme eines Metallhydrids, mit Messpunkten

Das Verständnis der Vorgänge an Materialoberflächen ist in vielerlei Hinsicht wichtig, zum Beispiel im Zusammenhang mit Oxidation, Korrosion, Schichtsystemen usw. Ebenso ist das Verständnis der Wechselwirkung zwischen Wasserstoff und Metallen/Legierungen von großer Bedeutung, u. a. im Bereich der Stähle und der Metallhydrid-Speicher.

Im Labor für Technische Physik in Kooperation mit dem Soester Fraunhofer-Anwendungszentrum werden Oberflächen und Festkörper mit verschiedenen Methoden untersucht, u. a. massenspektrometrischen wie Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS), Sekundärneutralteilchen-Massenspektrometrie (SNMS) oder Thermodesorptions-Massenspektrometrie (TDMS).

Insbesondere wird die Wasserstoffaufnahme durch Metalle erforscht, die als Wasserstoffspeichermethode gewünscht, im Stahlbereich wiederum problematisch ist (Rissbildung usw.). Bei Wasserstoffspeichern beeinflussen Oxidations- und Segregationseffekte die Wasserstoffaufnahme und damit auch die Lebensdauer der Speichermaterialien. Auf der anderen Seite kann durch Funktionalisierung der Oberfläche Wasserstoff durch Adsorption gespeichert werden.

Informationen zum aktuellen Projekt "HySteel – Wasserstoff in hochfesten Stählen" finden Sie hier >