Zukünftige Fragestellungen, Probleme und Aufgaben

Die Arbeitsgebiete der AG Janek haben sich bereits in den letzten Jahren sehr stark in Richtung der Grenzflächenchemie ionischer Festkörper/Materialien und der Untersuchung festkörperelektrochemischer Systeme für neue Energietechnologien entwickelt. Durch die Bearbeitung von Fragestellungen in chemisch komplexen Systemen (Elektroden in keramischen Multikomponentensystemen, Grenzflächen zwischen Plasmen und ionischen Flüssigkeiten, neu: Lithiumionenbatterien) verschiebt sich der Schwerpunkt der untersuchten Materialien zudem mehr in Richtung (nano-)disperser Multikomponentensysteme. Hybride Systeme werden hier eine weitere Entwicklungslinie sein.

Wichtige wissenschaftlichen Fragen und Probleme, die mittelfristig eine große Rolle spielen könnten, sind:

• Können nano-skalierte elektrochemische Energiespeicher und andere Funktionselemente (z. B. Stoffpumpen) in elektronische Baugruppen direkt integriert werden? Wie muss die Energieversorgung für die „Nano-Roboter“ der Zukunft aussehen? Können herkömmliche Batteriekonzepte hierfür „nano-skaliert“ werden oder müssen neuartige biologische „Nano-Brennstoffzellen“ entwickelt werden.
• Welche (nützlichen) Veränderungen können wir durch elektrochemische Po­la­ri­sation an Phasengrenzen und Oberflächen erzielen? Sind elektrochemisch kon­trollierte und geschaltete („intelligente“) Oberflächen und Grenzflächen denkbar, die über bekannte Effekte hinausgehen?
• Können thermoelektrische Effekte für eine spürbare Effizienzsteigerung hybrider Energiesysteme genutzt werden? Könnten thermoelektrische Effekte von Ionenleitern für vollkommen neue Funktionen genutzt werden?
• Welche langfristigen (nachteiligen) Veränderungen können Phasengrenzen (Elektroden) unter dem Einfluss elektrochemischer Polarisation erleiden? Weiter­ent­wick­lung von in situ-Verfahren zur Untersuchung von elektrochemischen Systemen „in vivo“.
• - Welche Unterschiede zeigt das elektrochemische Wachstums von Festkör­pern an verschiedenen Phasengrenzen (fest/fest, fest/flüssig, fest/gas, flüs­sig/gas, flüssig/flüssig)? Und können diese Unterschiede genutzt werden? Lassen sich miniaturisierte feste elektrochemischen „Düsen“ für Metallnanodrähte entwickeln?
• Was sind die Elemente einer „Plasma-Elektrochemie“, und wie können plasma-elektrochemische Phänomene genutzt werden?
• Lässt sich eine Elektrochemie des Stickstoffs entwickeln? Und können auf der Basis von Stickstoffionenleitern neuartige Systeme für die Katalysator- und Energietechnologie entwickeln?

Spannende Arbeitsrichtungen laufender und zukünftiger Projekte, die eine Grundlage für Diplom- und Doktorarbeiten sind, werden sein:

• Miniaturisierte Energiespeicher und andere miniaturisierte ionische Funktionselemente (z. B. Stoffpumpen), eventuell auch in Richtung biologischer/biochemischer Systeme, und deren Integration in Systeme.
• Verknüpfung von Elementen verschiedener Bereiche der Elektrochemie (Festkörper, Plasmen, Flüssigkeiten) zu neuen Anwendungen.
• Entwicklung elektrochemische geschalteter bzw. kontrollierter Oberflächen, Grenzflächen und Phasen – auch in miniaturisierter Form – mit neuen Funktionen und deren Integration in Systeme.

Eine Übersicht über die vielfältigen Möglichkeiten an der Arbeit in der AG Janek mitzuwirken, finden Sie hier.