Dr. Ulrike I. Kramm: StRedO
Die Wasserstoff-Sauerstoff-Brennstoffzelle kann Energie bereitstellen - ganz ohne CO2 zu produzieren. Die hohen Herstellungskosten verhindern jedoch den kommerziellen Durchbruch dieser Technologie. Im Projekt StRedO entwickelt die Gruppe von Frau Dr. Kramm neuartige Katalysatoren mit verbesserter Funktion und drastisch gesenkten Kosten.
In der Brennstoffzelle wird die im Wasserstoff und Sauerstoff gespeicherte chemische Energie in elektrische Energie umgewandelt. Der Vorgang verläuft in zwei räumlich getrennten Bereichen ab und zwar an den unterschiedlichen Elektroden der Brennstoffzelle. Beide Elektroden sind mit Katalysatoren bestückt. Katalysatoren sind Stoffe, die eine Reaktion beschleunigen, ohne jedoch selbst bei der Reaktion verbraucht zu werden. Allerdings treten auch bei den besten Katalysatoren Abnutzungserscheinungen auf. Die Aktivität der Katalysatoren nimmt mit der Zeit ab und führt zu einem Leistungsabfall. Heute werden in der Brennstoffzelle Platinkatalysatoren eingesetzt. Diese sind jedoch sehr teuer und mit 25 % der größte Kostenfaktor bei der Herstellung einer Brennstoffzelle.
Bereits seit einigen Jahren suchen deshalb weltweit Forscher nach möglichen Alternativen zum Platin. Ein sehr vielversprechendes System sind die sogenannten Fe-N-C-Katalysatoren, die heute beinahe ebenso aktiv sind wie Platinkatalysatoren. Zentraler Bestandteil dieser Katalysatoren, ist ein von vier Stickstoffatomen stabilisiertes Eisenion. Diese Zentren sind aber leider noch nicht stabil genug für eine Anwendung im Automobilsektor.
Hier setzt das innovative „NanoMatFutur“-Projekt StRedO an. Das Team um Frau Prof. Ulrike Kramm entwickelt im Projekt zunächst eine neue Herstellungsmethode für die Fe-N-C-Kathalysatoren. Mit dieser Methode kann gezielt die Zusammensetzung des Katalysators eingestellt werden. Durch detaillierte Studien zum Abnutzungsverhalten der Fe-N-C-Katalysatoren soll dann verstanden werden, welche Vorgänge maßgeblich zu Aktivitätsverlusten führen. Darauf aufbauend werden in einem nächsten Schritt gezielt Strategien entwickelt, um die Katalysatoren in ihrer Stabilität signifikant zu verbessern.
Das Projekt soll, künftig teure Platinkatalysatoren durch wesentlich kostengünstigere Fe-N-C-Katalysatoren ersetzen. Ein weiterer positiver Effekt: Alle für die Herstellung der Fe-N-C-Katalysatoren benötigten Elemente sind weltweit sehr gut verfügbar.
Nachwuchsgruppenleiterin Dr. Ulrike I. Kramm
Frau Jun. Prof. Ulrike Kramm studierte nach ihrem Abitur Physikalische Technik an der Westsächsischen Hochschule Zwickau. Nach ihrer Diplomarbeit arbeitete sie zunächst 2 Jahre als Entwicklungsingenieurin bevor sie 2009 mit Auszeichnung an der TU Berlin promovierte. Es folgten Postdoc-Tätigkeiten am INRS-EMT in Varennes, Kanada, am HZB in Berlin und an der BTU Cottbus. In diese Zeit fallen auch die Geburten ihrer beiden Töchter. Nach einer einsemestrigen Gastprofessur am Institut für Technische Chemie der TU Berlin wurde sie zum März 2015 als Juniorprofessorin für Katalysatoren und Elektrokatalysatoren an die TU Darmstadt berufen. Seit Februar 2017 leitet sie die „NanoMatFutur“-Nachwuchsgruppe StRedO.