Akustische Manipulation von elektrochemischen Prozessen an strukturierten Elektroden

Problemstellung

Bei elektrochemischen Reaktionen, wie sie beim Laden und Entladen von Batterien vorkommen, erfolgt der Transport der Reaktanten zu den Elektroden, an denen die Reaktion stattfindet, in der Regel limitiert durch den Massentransport. Es entsteht eine Diffusionsgrenzschicht in der Nähe der Elektroden, in der eine reduzierte Konzentration der Reaktanten vorliegt. Dies begrenzt die Geschwindigkeit, mit der die elektrochemische Reaktion an der Elektrode ablaufen kann.

Zielsetzung

Untersuchungen in der ersten Förderphase des TAO-Graduiertenkolleg haben erfolgreich nachgewiesen, dass sich durch bewusst angeregte akustische Oberflächenwellen die elektrochemischen Reaktionen beschleunigen lassen. Dieses akustische Beschleunigungsverfahren soll nun im ersten Schritt in ein Simulationsmodell übertragen werden und insbesondere ortsabhängige Reaktionsgeschwindigkeiten nutzbar gemacht werden. Im zweiten Schritt sollen die aus den Simulationen gewonnen Erkenntnisse experimentell validiert werden. Dadurch könnte erreicht werden, dass an strukturierten Elektroden die Abscheiderate lokal gezielt manipuliert werden kann. 

Simulationsergebnisse: Schallfeld im Elektrolyt an oszillierender Elektrode (oben links); akustisch induzierte Strömungen an der Elektrode (oben rechts); Analog für strukturierte Oberfläche mit ausgeprägter Wirbelströmung in der Kerbe (unten)