Werkstoffforschung für die Elektrochemie

Einreichungsfrist: 23. April 2014 – 30. November 2015

Die Elektrochemie beschäftigt sich mit dem Austausch von Ladungen über Grenzflächen hinweg, mit deren Kinetik sowie den Faktoren, die diese Vorgänge beeinflussen. Sie ist eine Schlüsseldisziplin und spielt in den Materialwissenschaften, in den Natur- und Ingenieurwissenschaften sowie in der Medizin eine wichtige Rolle. Auch wirtschaftlich kommt ihr eine enorme Bedeutung zu.

Die moderne Elektrochemie strebt nach dem detaillierten Verständnis der Struktur und Dynamik von Grenzflächen zwischen Phasen sowie den Transportprozessen innerhalb der beteiligten Phasen. Erst der Zugang zu den auf mikroskopischer Ebene ablaufenden elementaren Prozessen und deren Inspektion ermöglicht ein grundlegendes Verständnis vieler elektrochemischer Vorgänge, die in Technik, Umwelt und den Lebenswissenschaften eine gewichtige Rolle spielen. Dieses Verständnis wiederum erlaubt eine Optimierung elektrochemischer Prozesse hinsichtlich der verwendeten Materialien und der Verfahrensauslegung sowie der Entwicklung gänzlich neuer Prozesse und Anwendungen.

Ohne innovative Materialien gibt es keine innovative Elektrochemie: Ein elektrochemischer Vorgang beinhaltet immer mindestens zwei direkt am Prozess beteiligte Materialien (die Elektroden), die über mindestens ein drittes Material (den/die Elektrolyten) elektrisch miteinander verbunden werden, gegebenenfalls zusätzlich durch Membranmaterialien. Von diesen geht alles aus: Hier bietet sich eine Vielzahl von Stellschrauben für Innovationen. In der Regel betrifft das die Materialauswahl oder Materialkombinationen bzw. Material-Modifikationen/-Strukturierungen. Diese sind in etablierten Prozessen exakt aufeinander abgestimmt und hoch spezifisch bezüglich des jeweiligen technologischen Ziels.

Hohe Relevanz und Aktualität in Industrie und Gesellschaft

Elektrochemische Prozesse finden sich fast überall in der Industrie, wie beispielsweise der Automobilindustrie, der chemischen Industrie oder auch der Medizintechnik und der Luft- und Raumfahrttechnik. Viele elektrochemische Prozesse sind etabliert und optimiert. Neue Herausforderungen ergeben sich zum einen aus Umwelt- und Verträglichkeitsauflagen, wie sie beispielsweise in REACH, einer 2007 in Kraft getretenen EU-Chemikalienverordnung zur Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung von Chemikalien,  formuliert sind (externe Impulse), zum anderen durch Verwendung neuer Materialien oder Materialkombina­tionen, neue Prozesse sowie komplexe/neuartige Geometrien auf allen Größenskalen (interne Impulse). So führt beispielsweise der vermehrte Einsatz von Verbundwerkstoffen zu neuen Problemstellungen, was deren Beschichtung angeht. Ebenso kann eine neuartige Beschichtung die Frage aufwerfen, ob für sie eine elektrochemisch gesteuerte Abscheidung in Frage kommt. Gestiegene Ansprüche an Reinheit, Haltbarkeit oder Qualität von Schichten im Allgemeinen führen ebenfalls zur Notwendigkeit neuer Verfahren und/oder Prozesse.

Schließlich muss die Frage gestellt werden, ob Strom, der mehr und mehr in Spitzen und inhomogen (zeitlich und räumlich) zur Verfügung steht, möglicherweise elektrochemisch genutzt oder gespeichert werden kann, um den Gesamtwirkungsgrad deutscher Stromproduktion zu erhöhen. Entsprechende Verfahren ebnen den Weg hin zu einer Chemie, die im Falle von eines Tages überall und jederzeit beliebig verfügbarem Strom hocheffiziente Mechanismen anbieten kann, diesen auch dann zu nutzen, wenn er nicht herkömmlich nachgefragt wird.

Unterstützung der deutschen Wirtschaft durch den Bund

Auf Grundlage des Rahmenprogramms "Vom Material zur Innovation" fördert das Bundesministerium  für Bildung und Forschung (BMBF) Forschungsvorhaben zum Thema "Innovative Elektrochemie mit neuen Materialien - InnoEMat" im Rahmen der gleichlautenden Förderbekanntmachung. Dort finden sich alle weiteren Angaben sowie die Voraussetzungen für eine Teilnahme.

Die Anwendungsfelder der Elektrochemie sind zahlreich, da sich elektrochemische Prozesse auf die Gebiete Elektrosynthese, Galvanotechnik, Stromerzeugung, Analytik und Sensorik verteilen. Adressierte Branchen sind unter anderem die Medizintechnik, die Automobilindustrie, die Luft- und Raumfahrttechnik sowie die Chemische Industrie. Damit tangiert die Elektrochemie die Kernbranchen der deutschen Wirtschaft. Gelingt es hier, durch Innovationen die inter­nationale Stellung auszubauen, bedeutet dies eine nachhaltige Positionierung der deutschen Industrie im internationalen Vergleich. Zudem liegt ein Großteil der Anwendung elektrochemischer Prozesse in der Hand kleiner und mittelständischer Unternehmen (KMU), die als Zulieferer fungieren. Somit dient ein Erstarken des elektrochemischen Know-Hows in Deutschland gleichermaßen als Motor für den wichtigsten Wirtschaftssektor der Bundesrepublik, die KMU.

Tags: BMBF, Chemie, Elektrochemie