Am Freitag, den 27. Januar 2023 legte Herr Raymond Leopold Heydorn erfolgreich seine Disputation am ibvt ab.
Herr Heydorn promovierte über das Thema Produktion und Charakterisierung von Biopolymeren zur Anwendung in elektrochemischen Energiespeichern und legte damit grundlegende Daten zur Verwendung biobasierter Materialien als Ersatz für umweltschädliche Batteriekomponenten und verbesserten Nachhaltigkeit sekundärer Energiespeichersysteme auf dem Weg zu einer „grünen“ Batterie vor.
Der Bedarf an alternativen Energiespeichertechnologien mit geringeren Umweltauswirkungen als bisherige Li-Ionen-Batterien (LIBs) aber ähnlichen Leistungskennzahlen hat die Forschung im Bereich der Zn-basierten Batteriechemie neu belebt. Bei LIBs können Biopolymere als alternative Bindermaterialien, die derzeitig noch vorwiegend aus umweltunverträglichen Polyvinylidendifluorid (PVDF)-Binder und N-Methyl-2-pyrroldon (NMP) als Lösungsmittel gefertigt werden, fungieren. In preiswerten Zn-Ni-Batterien, die aufgrund ihrer sicheren Anwendung sowie der Erzeugung hoher Energiedichten eine vielversprechende Alternative zu LIBs, Alkali- oder Blei-Säure-Batterien darstellen, können Biopolymere als Separatoren, die bislang meist aus Polyolefin-basierten mikroporösen Membranen bestehen, eingesetzt werden.
Die Zielsetzung der Dissertation von Herrn Heydorn bestand darin, mikrobielle Biopolymere für den Einsatz in sekundären LIBs zu identifizieren und zu produzieren sowie deren Eignung anhand charakteristischer mechanischer und elektrochemischer Eigenschaften zu bewerten. Darüber hinaus sollten auch die Anwendungsmöglichkeiten für Biopolymere in Zn-basierten sekundären Batterien untersucht werden.
Herr Heydorn untersuchte den Einsatz der Biopolymere von γ-PGA, Sphingan PS-EDIV und Xanthan als Bindermaterial in LIBs. Sowohl die γ-PGA- (mit Bacillus licheniformis) als auch die Sphingan-Produktion (mit Sphingomonas pituitosa) wurden im Bioreaktor durchgeführt, die Produkte aufgereinigt und Molekulargewichtsbestimmungen, rheologische Untersuchungen sowie vergleichende Versuche zu den Haftfestigkeiten der Biopolymere mit unterschiedlichen Molekulargewichten gegenüber PVDF durchgeführt. Insgesamt stellen Xanthan, Sphingan und γ-PGA aussichtsreiche Biopolymerbinder-Kandidaten für die Anwendung Si-haltiger Anoden dar. Bei Graphit-Anoden zeigten Xanthan und γ-PGA positive Bindereigenschaften und vorteilhafte Zyklenstabilität. Weiterhin untersuchte Herr Heydorn die Eignung Bakterieller Cellulose (BC) als Separatormaterial in Ni-Zn-Batterien. Es wurden unterschiedlich geformte Separatoren erzeugt, wobei die Veränderungen der kristallinen Struktur während des gesamten Herstellungsprozesses durch Röntgenbeugung untersucht wurden. Die Kombination eines dichten BC-Separators mit geringer Zinkatpermeabilität mit einem porösen Separator als Elektrolytreservoir verringerte die ZnO-Akkumulation im BC-Separator und verbesserte die Zyklenstabilität, was ein zukünftiges Potenzial für die weitere Optimierung des Separators aufzeigt.
Die Dissertation wird in Kürze in der ibvt-Schriftenreihe, Bd. 86, Cuvillier Verlag, Göttingen, erscheinen.
Das ibvt gratuliert Leopold Heydorn ganz herzlich zu seiner Promotion und wünscht ihm für seinen weiteren beruflichen und persönlichen Lebensweg alles Gute, viel Glück und weiterhin viel Erfolg.