Auf die Begrüßung durch Organisator Dr. Jan Girschik und Prof. Dr. Christian Doetsch, Leiter des Bereichs Energie am Fraunhofer UMSICHT, folgte die Keynote. Prof. Dr. Michael Aziz von der Harvard University in Boston stellte zwei aktuelle Projekte vor: auf der einen Seite ein neuer elektrochemischer Prozess, um CO₂ abzuscheiden, und auf der anderen Seite ein neuer Weg, Durchflusszellen mit Hilfe von Fluoreszenzmikroskopie zu charakterisieren – und zwar mit der Zielsetzung, den Ladezustand innerhalb der Zellen zu visualisieren.

Dabei betonte Michael Aziz mit Blick auf das erste Projekt, dass die elektrochemische CO₂-Abscheidung neuerdings von billigem, sauberem Strom profitiert. Gleichzeitig sei aber eine molekulare Entwicklung hin zu mehr Sauerstoff-Resistenz für die direkte Lufterfassung von Kohlenstoffdioxid erforderlich. In Bezug auf das zweite Projekt sagte er: »Poröse Elektroden in Flow-Zellen weisen überraschend große State-of-Charge-Heterogenitäten auf. Mit Hilfe von 4D-konfokaler optischer Fluoreszenzmikroskopie sollten wir aber in der Lage sein, den Ladezustand abzubilden.« Zudem ermögliche der 3D-Druck von Elektroden die systematische Untersuchung von Struktur-Leistungs-Beziehungen.

Session 1: Funktionskomponenten elektrochemischer Reaktoren

Im Anschluss an die Keynote startete die erste Session der virtuellen Veranstaltung – moderiert von Dr. Michael Joemann, Gruppenleiter Komponentenentwicklung und -fertigung in der Abteilung Elektrochemische Energiespeicher am Fraunhofer UMSICHT. Nils Weber und Tobias Harhues von der RWTH Aachen warfen einen Blick auf zwei Ansätze zur Herstellung poröser Elektroden mit großer Oberfläche, um die Beschränkung des Massentransports in elektrochemischen Reaktoren zu überwinden. André Kayser vom Zentrum für Brennstoffzellentechnik ZBT GmbH setzte sich mit der Steigerung von Ressourceneffizienz und Nachhaltigkeit von Verbund-Bipolarplatten auseinander. Dr. Fernando Arenas von der TU Clausthal sprach über Massentransporteigenschaften 3D-gedruckter Elektroden in Abhängigkeit der Elektrolytgeschwindigkeit.

Session 2: CO₂-Umwandlung und Abscheidung

Die Moderation der zweiten Session lag in den Händen von Prof. Dr. Ulf-Peter Apfel, Leiter der Abteilung Elektrosynthese am Fraunhofer UMSICHT. Er konnte als ersten Referenten Prof. Dr. David Vermaas begrüßen. Der Wissenschaftler der TU Delft hat die Kopplung von elektrochemischen CO₂-Umwandlung und CO₂-Abscheidung untersucht. Dabei ist er u.a. zu dem Schluss gekommen, dass die Kohlenstoffabscheidung viel Energie im Vergleich zur Umwandlung erfordert und durch die Kopplung von Abscheidung und Umwandlung der Energieaufwand für die Lösungsmittelregeneration entfällt. Lucas Hoof vom Fraunhofer UMSICHT beleuchtete in seinem Vortrag, wie sich die Performance von Zero-Gap Elektrolyseuren bei der industriell relevanten CO₂-Umwandlung von Synthesegas verbessern lässt. Prof. Dr. Tom Rufford von der University of Queensland im australischen Brisbane ging auf neueste Fortschritte und Herausforderungen bei elektrochemischen CO₂-Reduktionsverfahren ein.

Die folgende, ebenfalls von Ulf-Peter Apfel moderierte Poster-Session bot sechs Wissenschaftlern die Möglichkeit, ihre Forschungsthemen vorzustellen und Fragen dazu zu beantworten. Die Themenpalette reichte von einem Planungsinstrument für tubuläre Redox-Flow-Batteriestacks bis zum Flooding in gasgespeisten CO₂-Elektrolyseuren.

Session 3: Charakterisierung und Optimierung

Die dritte und letzte Session des Kolloquiums war in zwei Teile geteilt. Geleitet von Dr. Jens Burfeind von der UMSICHT-Abteilung Elektrochemische Energiespeicher startete der erste Teil mit einem Vortrag von Dr. Oscar Miguel Cornejo Rojas. Der Wissenschaftler der mexikanischen University of Guanajuato befasste sich mit der Elektrosynthese von Wasserstoffperoxid mit anodischer Sauerstofferzeugung für die Abwasserbehandlung. Jonas Bäßler von der RWTH Aachen präsentierte die Flex-E-Zelle – eine modulare und skalierbare Durchflusszelle für die elektrochemische Forschung –, während Prof. Dr. Thorsten Struckmann von der HAW Hamburg über tubuläre Flow-Batteriestacks sprach.

Den zweiten Teil der Session moderierte Prof. Dr. Julian Tornow von der Hochschule Ruhr West, den ersten Vortrag hielt Lukas Ritz vom Forschungszentrum Jülich. Er berichtete über die Untersuchung und Optimierung des mechanischen Verformungsverhaltens eines bestehenden PEM-Elektrolyse-Stacks. Dr. Christian Stolze von der Friedrich-Schiller-Universität Jena diskutierte Methoden zur Messung des Zustandes von Redox-Flow-Batterien und die am meisten untersuchten Parameter: Ladezustand, Kapazität und Gesundheitszustand der Elektrolyte. Zum Abschluss des Vortragsprogramms sprach Hendrik Hoffmann von der Universität Bayreuth über modulare Zellen für die radiographische Analyse von Gasdiffusionselektroden bei gasverbrauchenden Reaktionen.

Auszeichnungen für David Vermaas und Jorrit Bleeker

Zum ersten Mal wurden in diesem Jahr der beste Vortrag und das beste Poster ausgezeichnet – basierend auf einer Abstimmung der Teilnehmenden. Diese Auszeichnungen gingen an zwei Wissenschaftler der TU Delft: David Vermaas und Jorrit Bleeker. Letzterer ging in seinem Poster der Frage nach, wie sich Gasblasen in einem alkalischen Zero-Gap-Elektrolyseur mit Hilfe von Druckwechsel entfernen lassen.

Neben dieser Neuerung wurde auch eine Tradition aus dem vergangenen Jahr fortgeführt: Dr. Franziska Schwarz dokumentierte die Veranstaltung via Graphic Recording und erstellte ein visuelles Protokoll aus Text und Zeichnung.