Artur Bekisch absolvierte seinen mittleren Schulabschluss an einer Hauptschule und anschließend mit viel Ehrgeiz und Disziplin den Fachabiturabschluss an einer Fachoberschule. Das Überwinden der schulischen Leistungsunterschiede, bereitete ihn auf die kommenden Herausforderungen im Studium vor. Der Grundstein seiner akademischen Laufbahn wurde mit dem Bachelorstudiengang „Umweltingenieurwesen" und dessen erfolgreichen Abschluss an der Hochschule für Angewandte Wissenschaften Hof gelegt. Während des Studiums sind die Naturwissenschaft und das wissenschaftliche Arbeiten zu seiner Leidenschaft geworden. Aufgrund dessen hat er sich für das Masterstudium „Chemie-Energie-Umwelt" an der Friedrich-Schiller-Universität Jena entschieden. In seiner akademischen Laufbahn wurde ihm stetig bewusster, dass der Schutz der Umwelt durch die technologische Weiterentwicklung hinsichtlich Wasser und Energie unabdinglich ist. Dabei war ihm anwendungsbezogenes Forschen wichtig. Das ist durch die jeweiligen erfolgreichen Abschlussarbeiten ersichtlich. Da die Bachelorarbeit beim Fraunhofer-Institut UMSICHT (Nährstoffrecycling aus einem wässrigen Medium) und die Masterarbeit beim Fraunhofer-Institut IKTS (Optimierung eines stationären Energiespeichers - Na-NiCl2-Batterie) formuliert wurden. Die Promotion hat er erfolgreich beim Fraunhofer Institut IKTS absolviert und am 16.11.2022 diese an der Friedrich-Schiller-Universität Jena verteidigt. Das Bewusstsein für den Umweltschutz im nationalen als auch internationalen Kontext liegt ihm am Herzen.
Entwicklung einer superhydrophoben Gasdiffusionselektrode für nachhaltige Zink-Luft-Akkumulatoren.
Konventionelle Speichersysteme (z. B. Lithium-Ionen-Batterie) sind aufgrund ihrer geringen Energiedichten nur bedingt geeignet, um Überschussenergie regenerativer Energiequellen für eine spätere Nutzung bereitzustellen oder die Verbrennungsmotoren zu ersetzten. Problematisch ist bspw., dass Lithium ein teures und knappes Element ist und nur in wenigen Regionen zum Abbau zur Verfügung steht. Gelänge dementsprechend die Entwicklung eines Energiespeichersystems aus umweltfreundlichen Komponenten und einer deutlich höheren Energiedichte, wären nicht nur die oben genannten Hindernisse überwunden, sondern könnte auch die Umweltbelastung durch den Abbau und Einsatz umweltschädlicher und toxischer Batteriekomponenten stark verringert werden.
Die positiven Effekte eines Energiespeichersystems mit hoher Energiedichte wären hierbei, dass das beanspruchte Netz von Hochspannungsleitungen azyklisch entlastet und somit die Anzahl an benötigten Kohle- und Gaskraftwerken reduziert werden könnte. Weiterhin könnten die gleichen Energiemengen durch weniger Speichersysteme gedeckt werden und die Abhängigkeit zum seltenen Element Lithium wäre überwunden. Des Weiteren würden weniger toxische, brennbare und umweltschädliche Batteriekomponenten zum Einsatz kommen.
Das übergeordnete Ziel des Promotionsvorhabens ist die Entwicklung und Erprobung einer nachhaltigen superhydrophoben Gasdiffusionselektrode, welche die potentiell erreichbaren Energiedichten von 1500 W/l eines Zink-Luft-Akkumulators größtmöglich ausschöpft. Weiterhin soll das entwickelte und erprobte System mit modernen stationären bzw. nicht-stationären Batteriesysteme verglichen sowie ökologisch und ökonomisch evaluiert werden.
Die Limitation aktueller Zink-Luft-Batterien ist, dass die hohe Energiedichte nicht ausreichend ausgeschöpft werden kann. Verantwortlich hierfür sind die Verluste, die durch langsame Reaktionen auf der Gasdiffusionselektrodenoberfläche entstehen. Die Modifizierung des Akkumulators beinhaltet das Integrieren der hierarchischen Architektur des Schwimmfarns in die Gasdiffusionselektrode, um die hohen Energiedichten größtmöglich auszuschöpfen. Hierfür wird die Elektrodenoberfläche superhydrophobiert und an vereinzelten Stellen, an denen sich der bifunktionale Katalysator befindet, hydrophiliert. Das erlaubt es eine stabile Luftschicht im wässrigen Medium zu generieren und dadurch die Dreiphasengrenzfläche zu stabilisieren. Damit kann der Sauerstofftransport zu den katalytisch aktiven Stellen optimiert und die Hemmung der Lade- und Entlade-Reaktionen durch die variierende Zugänglichkeit der Reaktionskomponenten reduziert werden. Darüber lassen sich die Schwächen konventioneller Zink-Luft-Gasdiffusionselektroden (schlechte mechanische Eigenschaften und geringe elektrische Leitfähigkeit) vermeiden und höhere Leistungen und Wirkungsgrade erzielen.
