Die elektrochemische Reduktion von Eisenoxiden findet derzeit große Beachtung, da sie einen Weg für einen nachhaltigen Energiespeicherkreislauf, die grüne Stahlherstellung und für die Energiespeicherung in Eisen/Luft-Batterien bieten könnte. Allen diesen Anwendungen ist gemeinsam, dass die Eisenoxidpartikel im Elektrolyt gelöst und die Eisenkationen später an der Elektrode zu elementarem Eisen reduziert werden müssen.
Derzeit werden hauptsächlich wässrige Elektrolyte eingesetzt. In sauren Elektrolyten können die Oxide zwar gelöst werden, jedoch ergeben sich durch Wasseranlagerung höhere elektrochemische Potentiale und die Faraday-Wirkungsgrade sind aufgrund eines möglichen Fe2+/Fe3+ Redoxshuttles geringer. Außerdem kann eine unerwünschte Wasserstoffentwicklung die Faraday-Wirkungsgrade senken. Ionische Flüssigkeiten und stark eutektische Lösungsmittel (DES) sind als geeignete Lösungsmittel für Metalloxide bekannt. Außerdem kann aufgrund der ionischen Beschaffenheit die Elektrochemie direkt in diesen Lösungsmitteln durchgeführt werden.
Wissenschaftliche Fragestellungen:
- Wie beeinflussen chemische Beschaffenheit, Temperatur und Additiv die Löslichkeit von Eisenoxid in ionischen Flüssigkeiten und DES?
- Wie beeinflusst die chemische Beschaffenheit ionischer Flüssigkeiten und DES sowie Temperatur und Eisenkationenkonzentration die Überpotentiale für die Eisenreduktion und die Kinetik des Prozesses?
- Wie verhält sich die Auflösung und Abscheidung in ionischen Flüssigkeiten und DES im Vergleich zu wässrigen Elektrolyten?
- Wie entwickelt sich die Morphologie des abgeschiedenen Eisens über die Zeit und beeinflusst den Reduktionsprozess?
Zur Beantwortung dieser Fragen werden sowohl kommerziell erhältliche als auch selbst präparierte ionische Flüssigkeiten und DES eingesetzt. Es werden Lösungstests durchgeführt und die Elektrochemie vom Screening über detaillierte Drei-Elektroden-Studien bis hin zu Experimenten mit kontinuierlichem Fluss untersucht.
