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Nanoconfined Electrochemical Interfaces
Die Forschungsgruppe "Elektrochemische Grenzflächen im Nanoconfinement" befasst sich mit neuartigen Elektrodenmaterialien für elektrochemische Energiespeicher, die auf Ioneninterkalation beruhen.
Die Forschungsgruppe „Nanoconfined Electrochemical Interfaces“ befasst sich mit der Entwicklung neuartiger Elektrodenmaterialien für elektrochemische Energiespeicher, die auf dem Prinzip der Ioneninterkalation beruhen. Dabei sollen gezielt die gegenwärtigen Limitationen hinsichtlich Schnellladefähigkeit und Lebensdauer überwunden werden und der Einsatz nachhaltiger Materialien in den Vordergrund rücken.
Interkalationsbatterien wie die Lithium-Ionen-Batterie basieren auf der elektrochemischen Einlagerung von Lithium-Ionen (=Lithium-Interkalation) in die negative bzw. positive Elektrode beim Laden bzw. Entladen. Die Rate dieses Vorgangs wird dabei vornehmlich durch die Diffusion der Lithium-Ionen durch das meist schichtstrukturierte Kristallgitter der Elektrode limitiert.
Unsere Gruppe entwickelt Strategien zur Überwindung dieser Diffusionslimitation durch die Synthese neuartiger Elektrodenmaterialien, die über eine funktionalisierte Zwischenschichtstruktur verfügen. Dazu werden organische Moleküle in die Kristallstruktur eingebaut, um den Zwischenschichtraum aufzuweiten und zu stabilisieren, was zu einem beschleunigten Ionentransport führen kann.
Zur Entschlüsselung der neuauftretenden Ladungsspeichermechanismen in diesen zwischenschichtstrukturierten Elektroden werden spezielle ex situ und operando Methoden entwickelt. Dazu zählen u.a. die Kryoelektronenmikroskopie, die Röntgenabsorptionsspektroskopie, die elektrochemische Quarzkristall-Mikrowaage sowie die elektrochemische Dilatometrie.
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Mitglieder
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Dr. Simon FleischmannPrincipal Investigator (PI)Tel: +49 (0731) 50 34213Mail: simon.fleischmann(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
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Forschung
(information will be uploaded shortly)
Equipment
Equipment in the Group:
- 200 kV transmission electron microscope (Talos F200i) with STEM, symmetric dual EDS detectors, EELS, single tilt cryo-holder with cryo-transfer and double tilt cryo-holder with vacuum-transfer
- Biologic potentiostats VMP300, VMP3, VMP3e, SP300 with more than 40 measurement channels for electrochemical experiments including impedance spectroscopy
- Argon-filled glovebox (MBraun)
- Electrochemical quartz crystal microbalance with temperature control (AWSensors X1 QCMD with TCU)
- Electrochemical dilatometer EL-CELL ECD-4-nano
Selected equipment accessible at HIU:
- Laboratory X-ray absorption fine structure (XAFS) and X-ray emission (XES) spectrometer, easyXAFS300+, easyXAFS
- Comprehensive setup for slurry mixing and electrode coating
- Thermogravimetric analysis (Netzsch) with mass spectroscopy
- X-ray diffractometer (D8 Advance, Bruker) with several in situ cells
- Crossbeam 340 field-emission electron microscope with focus ion beam, Zeiss
- Several tube and box furnaces with inert / air atmospheres
- Raman spectrometer inVia, Renishaw
- LAMBDA 465 UV/Vis Spectrophotometer, PerkinElmer
- Axio Zoom.V16 optical microscope, Zeiss
Zusammenarbeit
NanoconEC (2022-2025)
Das DFG-geförderte Projekt “NanoconEC“ (Projektnummer 513327636) zielt darauf ab, ein fundamentales Verständnis für elektrochemische Ladungsspeichervorgänge im Nanoconfinement zu erlangen. Dazu werden modellhafte, schichtstrukturierte Elektrodenmaterialien herangezogen, um den Einfluss der Nanoconfinement-Geometrie auf den konkreten elektrochemischen Prozess der Lithium-Ioneninterkalation zu untersuchen. Dabei soll beobachtet und verstanden werden, ob und wie Ladungsspeicherphänomene von der strikt binären Klassifizierung nach elektrischer Doppelschicht und Faradayscher Reaktion im Nanoconfinement abweichen können.
InfinBAT (2021-2026)
Das BMBF-Projekt “InfinBAT” (Förderkennzeichen 03XP0423) wurde Simon im Rahmen der „NanoMatFutur“-Förderung zum Aufbau der Nachwuchsgruppe über 5 Jahre verliehen. Das Projekt fokussiert die Entwicklung von neuartigen Zwischenschicht-funktionalisierten Materialien zum Einsatz in hochleistungsfähigen Interkalationsbatterien. Die Firma Skeleton Technologies ist beratender Partner im Projekt.
Daimler und Benz Stiftung (2023-2024)
Im Projekt „Entwicklung neuartiger Elektroden für hochleistungsfähige Natrium-Ionen-Batterien“ werden neuartige, schichtstrukturierte Metalloxide entwickelt, welche als Kathoden in Natrium-Ionen-Batterien zum Einsatz kommen. Das Projekt ist gefördert durch das Postdoktorandenstipendium der Daimler und Benz Stiftung.
Publikationen
01.09.2024
Zeitschriftenaufsatz
Chen Chaofan, Quek Glenn, Liu Hongjun, Bannenberg Lars, Li Ruipeng, Choi Jaehoon, Ren Dingding, Vázquez Ricardo Javier, Boshuizen Bart, Fimland Bjørn-Ove, Fleischmann Simon, Wagemaker Marnix, Jiang De-en, Bazan Guillermo Carlos, Wang Xuehang
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01.01.2024
Zeitschriftenaufsatz
Dinda Sirshendu, Braun Tobias, Pammer Frank D., Choi Jaehoon, Fleischmann Simon, Fichtner Maximilian
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01.01.2024
Zeitschriftenaufsatz
Guo Haocheng, Wu Sicheng, Chen Wen, Su Zhen, Wang Qing, Sharma Neeraj, Rong Chengli, Fleischmann Simon, Liu Zhaoping, Zhao Chuan
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01.01.2024
Zeitschriftenaufsatz
Guo Haocheng, Elmanzalawy Mennatalla, Sivakumar Prashanth, Fleischmann Simon
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01.01.2024
Zeitschriftenaufsatz
Tobis Maciej, Elmanzalawy Mennatalla, Choi Jaehoon, Frąckowiak Elżbieta, Fleischmann Simon
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01.02.2023
Zeitschriftenaufsatz
Shin Yuyoung, Stepien Dominik, Hepp Marco, Butz Benjamin, Bresser Dominic, Fleischmann Simon
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01.01.2023
Zeitschriftenaufsatz
Elmanzalawy Mennatalla, Innocenti Alessandro, Zarrabeitia Maider, Peter Nicolas J., Passerini Stefano, Augustyn Veronica, Fleischmann Simon
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01.03.2022
Zeitschriftenaufsatz
Fleischmann Simon, Zhang Yuan, Wang Xuepeng, Cummings Peter T., Wu Jianzhong, Simon Patrice, Gogotsi Yury, Presser Volker, Augustyn Veronica
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01.01.2018
Zeitschriftenaufsatz
Schiele A., Breitung B., Mazilkin A., Schweidler S., Janek J., Gumbel S., Fleischmann S., Burakowska-Meise E., Sommer H., Brezesinski T.
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01.01.2013
Poster
Fleischmann S., Bekaert E., Emmel U., Wietelmann U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Fakten zur Gruppe
Gruppenleiter/in
Dr. Simon Fleischmann Nanoconfined Electrochemical Interfaces Tel: +49 (0731) 50 34213 Mail: simon.fleischmann(at)kit.edu
Dr. Simon Fleischmann Nanoconfined Electrochemical Interfaces Tel: +49 (0731) 50 34213 Mail: simon.fleischmann(at)kit.edu 
