Das Research Center Future Energy Materials and Systems hat das Ziel, neue dringend benötigte Materialien für Energieträgererzeugung, Energiekonversion, -speicherung und -transport zielgerichtet, schnell und nachhaltig zu entwickeln. Es geht darum, grundlegende Eigenschaften und relevante Prozesse der Herstellung und des Einsatzes komplexer Materialien zu verstehen und damit Bausteine für ein nachhaltiges Energiesystem zu entwickeln. Zugleich sollen energieintensive Wege zur Materialerzeugung und -verarbeitung durch regenerative Verfahren ersetzt werden.

Der Einfluss von Zusammensetzung und Prozessierung auf Strukturen und Eigenschaften wird auf allen relevanten Längenskalen vom Atom bis zum Bauteil betrachtet. Dadurch soll die Vision der wissensbasierten Entwicklung neuartiger Materialien und Prozesse für das Energiesystem der Zukunft verwirklicht werden, um eine oft noch empirisch und sequenziell vorgehende Entwicklung durch Material- und Prozessdesign abzulösen.

Konkret geht es zum Beispiel um das grundlegende Design neuer Materialien inklusive Grenz- und Oberflächen ausgehend von der atomaren Skala auf Basis von Materialexploration mit experimentellen und simulativen Hochdurchsatzverfahren. Dazu werden Hypothesen aus physikalischen und chemischen Modellen in Kombination mit maschinellem Lernen abgeleitet und in einem iterativen, experimentell-simulativen Designzyklus optimiert, um Zusammenhänge zwischen chemischer Zusammensetzung, Kristallstruktur und Gefüge von neuen, chemisch komplexen Materialien für Anwendungen in extremen Bedingungen zu erlangen. Weiterhin geht es um die Aufklärung und Kontrolle quantenmechanischer Prozesse an Grenzflächen und in Heterostrukturen für energierelevante Materialien wie Katalysatoren, Batterien, Magnete und Supraleiter in Echtzeit. Eine weitere Rolle spielt die Entwicklung skalierbarer Synthese-, Beschichtungs- und Strukturierungsverfahren. Sie schließen die Lücke zwischen neu endeckten Materialien und deren Umsetzung in elektrochemischen und elektrifizierten Prozessen und ermöglichen die Evaluierung der innovativen Materialkonzepte im Systemkontext. Aspekte der Nachhaltigkeit, Ressourcenverfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Nutzbarkeit im Energiesystem werden von vornherein mitberücksichtigt und setzen Prioritäten für die Entwicklung von Komponenten und systemfähigen Materialien.
 

Prof. Alfred Ludwig, Director:

„Im Research Center Future Energy Materials and Systems verfolgen wir das Ziel, neue, dringend benötigte Materialien für ein nachhaltiges Energiesystem der Zukunft zu entwickeln. Es gibt im Ruhrgebiet eine vielfältige und starke Forschungslandschaft auch mit zahlreichen Verbindungen zur Industrie, das stellt für das Center eine hervorragende Basis dar. Wir kombinieren wissenschaftliche Kreativität mit dem Know-how, wie neue Ideen in die Umsetzung gebracht werden. Materialien im Kontext der Energiewende zu betrachten ist hochaktuell, und durch das Research Center wird die Forschung der drei Universitäten im Ruhrgebiet dazu einen bedeutenden Beitrag leisten können.

Wir freuen uns, dass ab April 2023 drei weitere herausragende Kolleginnen und Kollegen auf neuen Professuren im Center forschen werden. Es geht dabei u.a. darum, Funktionsmaterialien wie Katalysatoren für die Energieträgererzeugung zu entwickeln, Stichwort grüner Wasserstoff, aber auch um Materialien, die zum Beispiel zur klimafreundlichen Kühlung eingesetzt werden können. Wir müssen dazu grundlegende Eigenschaften und relevante Prozesse der Herstellung und des Einsatzes neuer Materialien verstehen.

Wir betrachten den Einfluss von Material-Zusammensetzung und Prozessierung auf Strukturen und Eigenschaften vom Atom bis zum Bauteil. Das Design neuer Materialien inklusive Grenzflächen gehen wir z.B. mit experimentellen und simulativen Hochdurchsatzverfahren an und schließen die Lücke zwischen neu endeckten Materialien und deren Umsetzung in Anwendungen durch skalierbare Synthese-, Beschichtungs- und Strukturierungsverfahren. Auch Aspekte der Nachhaltigkeit, Ressourcenverfügbarkeit, Wirtschaftlichkeit und Nutzbarkeit im Energiesystem werden von vornherein mitberücksichtigt.“

(Foto: RUB/Marquard)