Onderzoeksgroep

Toegepaste Elektrochemie & Katalyse (ELCAT)

Expertise

Mijn voornaamst expertisegebied draait rond katalyse en meer specifiek electrokatalyse. Dit onderwerp omvat de synthese en zowel de elektrochemische als physicochemische karakterisatie van de elektrokatalytische materialen, dewelke noodzakelijk zijn om de overpotentiaal te verlagen en tegelijkertijd een hoge activiteit en selectiviteit te behouden. In deze context, heb ik ervaring met verschillende type elektrokatalysatoren, gaande van nanopartikels van edele metealen, tot transitiemetalen afgezet op een gedopeerde koolstofdrager tot metaal-vrije geordende en gedopeerde poreuze koolstofmaterialen. In dit veld, heb ik een brede kennis over alle elektrochemische (CV, LSV, CA, EIS) en analytische methodes (GC, HPLC), nodig om de elektrochemische performantie te gaan bepalen, zowel als met de verschillende physicochemische karakterisatietechnieken (XPS, Raman, XRD, TEM, SEM, EDX), nodig om de elektrochemische performantie te linken aan specifieke physicochemische eigenschappen van de onderzochte elektrokatalysatoren en ze als dusdanig te optimaliseren voor verschillende elektrochemische toepassingen. Al van de bovenstaande expertise is van uitermate belang voor het snel ontwikkelende veld van industriële electrificatie, waar mijn voornaamste interesse ligt. In dit opzicht, ben ik momenteel het gebruik van H2O en CO2 als hernieuwbare voidingsbrogn voor de elektrochemische productie van brandstoffen en chemicaliën (bv. koolstofmonoxide, mierenzuur of methanol), gebruik makend van de overschotten aan elektriciteit komende van hernieuwbare energiebronnen (zoals wind of zonne-energie) om de reacties te sturen. Een ander belangrijk onderwerp in dit domein is de elektrochemische cogeneratie waar brandstofcellen gebruikt worden niet alleen om elektriciteit op te wekken maar ook om industrieel relevante chemicaliën zoals aniline, waterstofperoxide of hydroxylamine te leveren.

Opschalen van de zero-gap CO2 elektrolyzer. 01/05/2020 - 30/04/2021

Abstract

In het licht van de klimaatopwarming, zijn we in 2018 gestart met het IOF-SBO STACkED project met als doel het meest optimale CO2 elektrolyzer design te bepalen. De resultaten direct bekomen uit dit project hebben in oktober 2019 geleid tot de start van een patent aanvraagproces in samenwerking met het patentbureau De Clercq & Partners om de bekomen CO2 elektrolyzer te beschermen. De huidige CO2 elektrolyzer is echter beperkt in omvang (labo-schaal) en bevindt zich dan ook op TRL 3 niveau. Bijgevolg willen we via dit POC Blue_App project de volgende stap nemen en de CO2 elektrolyzer opschalen naar industrieel relevante grootte om zo een TRL 5 niveau te bereiken. Het doel van dit POC Blue_App project is dan ook om de CO2 elektrolyzer te gaan opschalen van 5 watt tot 1-2 kilowatt. Daarnaast zal dit POC Blue_App project toelaten om de patentaanvraagprocedure te versterken en mogelijke bottlenecks die voort kunnen komen uit de patentaanvraagprocedure op te lossen, alsook de verschillende valorisatiemogelijkheden te onderzoeken, ofwel via het oprichten van een spin-off ofwel via de verkoop van licenties aan derde partijen.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Fundamenteel inzicht in de rol van de steunlaag en elektrokatalysator in CO2 elektrolyzers: zijn koolstof-gebaseerde materialen de oplossing of het probleem? 01/10/2018 - 30/09/2021

Abstract

Hernieuwbare energiebronnen kunnen een oplossing bieden voor de buitensporige uitstoot van broeikasgassen en voor de verwachte daling in de beschikbaarheid van fossiele brandstoffen in de nabije toekomst. Beide problemen zouden een gemeenschappelijke oplossing kunnen hebben als we in staat zouden zijn om een energie-efficiënt proces te ontwikkelen dat CO2 stromen kan omzetten in brandstoffen en waardevolle chemicaliën. Eén strategie zou zijn H2O en CO2 te gebruiken als hernieuwbare voeding voor de elektrochemische productie van brandstoffen en chemicaliën (bv. CO, mierenzuur, of methanol), daarbij gebruik makend van de overschotten aan elektriciteit, gegeneerd door hernieuwbare energiebronnen, om de reactie aan te drijven. Op dit moment, is de elektrochemische reductie van CO2 nog niet industrieel haalbaar, voornamelijk omwille van het gebrek aan een goede elektrokatalysator. In dit project gaan we op zoek naar een nieuwe hoog-performante CO2 reductie elektrokatalysator te gaan zoeken gebruik makend van een combinatie van state-of-the-art elektrochemie en hoogtechnologische TEM karakterisatie. Een belangrijk aspect om dit doel te bereiken ligt in de interactie tussen de gasdiffusie elektrode (morfologie en samenstelling) en de nieuwe elektrokatalysator.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)

Elektronentomografie gecombineerd met state-of-the-art elektrochemie om een beter inzicht te bekomen over de rol van de verschillende onderdelen van de actieve laag in een CO2 elektrolyseur. 01/07/2019 - 31/12/2020

Abstract

Hernieuwbare energiebronnen kunnen een oplossing bieden voor de buitensporige uitstoot van broeikasgassen en voor de verwachte daling in de beschikbaarheid van fossiele brandstoffen in de nabije toekomst. Beide problemen zouden een gemeenschappelijke oplossing kunnen hebben als we in staat zouden zijn om een energie-efficiënt proces te ontwikkelen dat (sterk verdunde) CO2 stromen kan omzetten in brandstoffen en waardevolle chemicaliën en als dusdanig een positief effect heeft op de economie en de omgeving. Een mogelijke strategie is om H2O en CO2 te gebruiken als hernieuwbare voeding voor de elektrochemische productie van brandstoffen en chemicaliën (bv. koolstofmonoxide, mierenzuur of methanol), hierbij gebruik makend van de overschotten aan hernieuwbare energie (zoals wind of water) om de reactie te sturen. Momenteel is de elektrochemische reductie van CO2 nog niet industrieel relevant, voornamelijk als gevolg van het gebrek aan een goede elektrokatalysator. Terwijl een brede waaier aan elektrokatalysatoren momenteel wordt onderzocht in een poging om de globale performantie op te drijven, verliep dit momenteel nog zonder succes. In dit project gaan we op zoek naar nieuwe hoog-performante CO2 reductie elektrokatalysatoren gebruik makend van een combinatie van state-of-the-art elektrochemie met hoogtechnologische TEM karakterisatie. Een belangrijk aspect hierin is de impact van de interactie tussen de gasdiffusie elektrode (morfologie en samenstelling) en de nieuwe elektrokatalysatoren. Tot slot, zullen we ook een meer ingenieur-technisch aspect van het globaal proces, namelijk de coating van de elektrode met het actieve materiaal, trachten te optimaliseren.

Onderzoeker(s)

Onderzoeksgroep(en)