Humboldt-Stipendiatin Dr. Preeti Bhauriyal entwickelt leitfähige MOFs für langlebige Lithium-Schwefel-Batterien

18.08.2021 - Deutschland

Humboldt-Stipendiatin Dr. Preeti Bhauriyal aus Indien arbeitet in der Arbeitsgruppe Theoretische Chemie der TU Dresden an der Erforschung von metallischen und kovalenten organischen Gerüsten (MOFs und COFs) für verschiedene Anwendungen. Ihr Ziel ist es, leitfähige metallorganische Gerüstverbindungen als Kathodenkörper für effiziente, langlebige Lithium-Schwefel-Batterien (Li-S-Batterien) als Energiespeichersysteme der Zukunft zu entwickeln.

Leistungsstarke, wiederaufladbare, umweltfreundliche Batterien spielen eine Schlüsselrolle bei der Energiewende, zum Beispiel als stationäre Zwischenspeicher für Energie aus erneuerbaren Energiequellen oder in Elektroautos, wo sie fossile Brennstoffe ersetzen sollen. Einer der vielversprechenden Kandidaten ist die Lithium-Schwefel-Batterie. Allerdings gibt es einige technische Herausforderungen, z.B. die geringe Leitfähigkeit von Schwefel, seine massive Volumenänderung beim Entladen und die Suche nach einer geeigneten Kathode, die eine breite Kommerzialisierung von Li-S-Batterien bisher behindern.

Dr. Preeti Bhauriyal befasste sich während ihrer Promotion am Indian Institute of Technology (IIT) in Indore, Indien, mit der rechnerischen Modellierung von grünen Energiematerialien für Batterien, Brennstoffzellen und Photokatalyse. Im August dieses Jahres erhielt sie ein Alexander von Humboldt-Stipendium zur Finanzierung eines zweijährigen Forschungsaufenthalts an der Professur für Theoretische Chemie (Inhaber Prof. Thomas Heine) der Technischen Universität Dresden. Ihr Projekt „Conductive Metal Organic Frameworks (MOFs) Based Cathode Hosts for Lithium-Sulfur Batteries" befasst sich mit dem computergestützten Design elektrisch leitfähiger MOFs und der Bewertung ihrer Eignung als Kathodenkörper in Li-S-Batterien durch präzise quantentheoretische Rechenverfahren.

Für die Zusammenarbeit mit Thomas Heine erhofft sich Dr. Bhauriyal, dass es ihnen gelingen wird, einen idealen Kathodenkörper zu entwerfen, um den Coulombschen Wirkungsgrad, die Übertragungsrate und die Lebensdauer von Lithium-Schwefel-Batterien zu verbessern: „Prof. Thomas Heine ist ein international anerkannter Wissenschaftler auf dem Gebiet der computergestützten Nanotechnologie, mit bedeutenden Beiträgen in den Bereichen Physik, Chemie und Materialwissenschaften. Die Forschungsexpertise von Prof. Heine, die sich mit der Entwicklung von Berechnungsmethoden, dem Design und der Anwendung von Gerüstmaterialien wie MOFs und COFs, zweidimensionalen Materialien und topologischen Materialien befasst, ist für meine vorgeschlagene Arbeit von großer Bedeutung. In seiner Gruppe habe ich die Möglichkeit, neue Berechnungstechniken, Methodenentwicklung und Modellierung von MOFs zu erlernen sowie Kooperationsnetzwerke mit führenden lokalen Wissenschaftlerteams innerhalb der TU Dresden und der Dresdner Wissenschafts-landschaft zu bilden. Ein weiterer Aspekt für die Wahl der TU Dresden als gastgebende Institution sind die Hochleistungscomputerressourcen, die vom Zentrum für Informationsdienste und Hochleistungsrechnen (ZIH) der TU Dresden für dieses Projekt zur Verfügung gestellt werden.“

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