25. April 2025

Neues Instrument zur Untersuchung von Energiematerialien bei BESSY II

OÆSE-Endstation in EMIL ermöglicht Einblicke in dynamische elektrochemische Prozesse

Das neue Instrument wurde im EMIL-Labor aufgebaut. © R. Garcia-Diez/HZB

An BESSY II steht nun ein neues Instrument zur Untersuchung von Katalysatormaterialien, Batterieelektroden und anderen Energiesystemen zur Verfügung: die „Operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL (OÆSE)“-Endstation im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL). Ein Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär hat die Leistungsfähigkeit des Instruments an elektrochemisch abgeschiedenem Kupfer demonstriert.

Solarzellen, Katalysatoren und Batterien werden als Energiematerialien bezeichnet, weil sie Energie umwandeln oder speichern. Ihre Funktionalität basiert auf komplexen chemischen oder physikalischen Prozessen. Um diese Funktionalitäten zu verbessern, ist es entscheidend, die Prozesse zu verstehen, idealerweise während sie ablaufen, also durch In-situ- und operando-Untersuchungen. Eine neue Versuchsstation ermöglicht nun entsprechende Experimente. Sie steht im Energy Materials In-situ Laboratory Berlin (EMIL) an der Synchrotronanlage BESSY II.

Die „operando Absorption and Emission Spectroscopy on EMIL“ (OÆSE) liefert detaillierte Einblicke in die elektronischen und chemischen Strukturen von Materialien und Grenzflächen sowie deren Veränderungen während (elektro-)chemischer Prozesse mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie (XAS) und Emissionsspektroskopie (XES).

Das Herzstück der OÆSE-Endstation ist eine modulare und flexible In-situ/Operando-Probenumgebung, die speziell auf die spezifischen Forschungsfragen für jedes Energiematerial zugeschnitten ist und sich an unterschiedliche Experimente anpassen lässt.

Um die Fähigkeiten der OÆSE-Endstation zu demonstrieren, untersuchte das Team um Raul Garcia-Diez und Marcus Bär in situ die elektrochemische Abscheidung von Kupfer aus einem wässrigen CuSO₄-Elektrolyten mit weicher und harter Röntgenabsorptionsspektroskopie. Die Fallstudie zeigt, dass die neue Endstation wertvolle Einblicke in dynamische elektrochemische Prozesse bietet und somit ein besseres Verständnis komplexer elektrochemischer Systeme ermöglicht.

Publikation:

Journal of Synchrotron Radiation (2025): The OÆSE endstation at BESSY II: operando X-ray absorption spectroscopy for energy materials
Raul Garcia-Diez, Johannes Frisch, Marianne van der Merwe, Romualdus Enggar Wibowo, Mihaela Gorgoi, Elmar Kataev, Catalina E. Jimenez, Mauricio D. Arce, William Smith, Wilson Quevedo-Garzon, Regan G. Wilks, Dirk Wallacher, Leonhard J. Reinschlüssel, Gülen C. Tok, Hubert A. Gasteiger and Marcus Bär
DOI: 10.1107/S160057752500116X