Nanoconfined Electrochemical Interfaces

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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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Jaehoon ChoiPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34303Mail: jaehoon.choi(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Mennatalla ElmanzalawyPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34324Mail: mennatalla.elmanzalawy(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Dr. Simon FleischmannPrincipal Investigator (PI)Tel: +49 (0731) 50 34213Mail: simon.fleischmann(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Dr. Haocheng GuoScientistTel: +49 (0731) 50 34211Mail: haocheng.guo(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Jameela KarolMSc StudentTel: +49 (0731) 50 34324Mail: jameela.karol(at)uni-ulm.de
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Timo KlementMSc StudentTel: +49 (0731) 50 34311Mail: timo.klement(at)uni-ulm.de
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Yoga Trianzar MalikPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34323Mail: yoga.malik(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Maciej TobisVisiting PhD StudentTel: +49 (0731) 50 34213Mail: maciej.p.tobis(at)doctorate.put.poznan.pl
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Ellen VollmerMSc StudentTel: +49 (0731) 50 34311Mail: ellen.vollmer(at)uni-ulm.de
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces

(information will be uploaded shortly)

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

Prashanth Sivakumar (MSc Student)

Minh Van Duong (MSc Student)

Dr. Yuyoung Shin (Postdoc)

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.

Zeitschriftenaufsatz
Choi Jaehoon, Moon Hyein, Fleischmann Simon
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Zeitschriftenaufsatz
Dinda Sirshendu, Braun Tobias, Pammer Frank D., Choi Jaehoon, Fleischmann Simon, Fichtner Maximilian
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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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Zeitschriftenaufsatz
Guo Haocheng, Elmanzalawy Mennatalla, Sivakumar Prashanth, Fleischmann Simon
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Zeitschriftenaufsatz
Shin Yuyoung, Stepien Dominik, Hepp Marco, Butz Benjamin, Bresser Dominic, Fleischmann Simon
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Zeitschriftenaufsatz
Elmanzalawy Mennatalla, Innocenti Alessandro, Zarrabeitia Maider, Peter Nicolas J., Passerini Stefano, Augustyn Veronica, Fleischmann Simon
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Zeitschriftenaufsatz
Fleischmann Simon, Zhang Yuan, Wang Xuepeng, Cummings Peter T., Wu Jianzhong, Simon Patrice, Gogotsi Yury, Presser Volker, Augustyn Veronica
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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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Poster
Fleischmann S., Bekaert E., Emmel U., Wietelmann U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Mitglieder
Jaehoon ChoiPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34303Mail: jaehoon.choi(at)kit.edu
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Mennatalla ElmanzalawyPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34324Mail: mennatalla.elmanzalawy(at)kit.edu
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Dr. Simon FleischmannPrincipal Investigator (PI)Tel: +49 (0731) 50 34213Mail: simon.fleischmann(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Dr. Haocheng GuoScientistTel: +49 (0731) 50 34211Mail: haocheng.guo(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Jameela KarolMSc StudentTel: +49 (0731) 50 34324Mail: jameela.karol(at)uni-ulm.de
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Timo KlementMSc StudentTel: +49 (0731) 50 34311Mail: timo.klement(at)uni-ulm.de
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Yoga Trianzar MalikPhD StudentTel: +49 (0731) 50 34323Mail: yoga.malik(at)kit.edu
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Maciej TobisVisiting PhD StudentTel: +49 (0731) 50 34213Mail: maciej.p.tobis(at)doctorate.put.poznan.pl
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
Ellen VollmerMSc StudentTel: +49 (0731) 50 34311Mail: ellen.vollmer(at)uni-ulm.de
ForschungsgruppeNanoconfined Electrochemical Interfaces
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
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Choi Jaehoon, Moon Hyein, Fleischmann Simon
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Dinda Sirshendu, Braun Tobias, Pammer Frank D., Choi Jaehoon, Fleischmann Simon, Fichtner Maximilian
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Guo Haocheng, Elmanzalawy Mennatalla, Sivakumar Prashanth, Fleischmann Simon
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Shin Yuyoung, Stepien Dominik, Hepp Marco, Butz Benjamin, Bresser Dominic, Fleischmann Simon
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Elmanzalawy Mennatalla, Innocenti Alessandro, Zarrabeitia Maider, Peter Nicolas J., Passerini Stefano, Augustyn Veronica, Fleischmann Simon
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Fleischmann Simon, Zhang Yuan, Wang Xuepeng, Cummings Peter T., Wu Jianzhong, Simon Patrice, Gogotsi Yury, Presser Volker, Augustyn Veronica
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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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Poster
Fleischmann S., Bekaert E., Emmel U., Wietelmann U., Wohlfahrt-Mehrens M.
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Fakten zur Gruppe