Katalysator-Ionomer-Suspensionen für die Bildung von Brennstoffzell-Elektrodenschichten

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Die Umwandlung von chemischer Energie in Elektrizität in einer Brennstoffzelle wird für zukünftige Technologien immer interessanter. Als Herzstück können dabei die aus Ionomeren und Katalysatorpartikeln auf Industrieruß-Trägerpartikeln aufgebauten Elektroden der Membran-Elektrodeneinheiten (MEA) angesehen werden. Das Ziel dieses Projekts in Kooperation mit der Firma Greenerity besteht darin, ein besseres Verständnis für diese Materialien und deren Wechselwirkungen miteinander zu erlangen. Anhand der Prozesskette zur Herstellung solcher Elektroden kann das Projekt in folgende Schritte unterteilt werden:

  • Charakterisierung der chemischen und physikalischen Eigenschaften von Ruß bzw. Katalysator auf Ruß und Ionomer sowie ihrer Interaktionsmechanismen
  • Dispergierung und Nasszerkleinerung der Ausgangsmaterialien in wässrigen und lösemittelhaltigen Medien
  • Herstellung von Elektrodenschichten und Analyse des Trocknungsvorgangs
  • Analyse der Morphologie und Struktur der getrockneten Filme

Der Industrieruß kann mittels Ramanspektroskopie, thermogravimetrischer Analyse und Böhm Titration hinsichtlich seiner Struktur und funktionellen Gruppen charakterisiert werden. Die Dispersionen werden in Bezug auf ihre Rheologie, Sedimentationsstabilität und Partikelgrößenverteilung untersucht. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen werden verwendet, um die Elektrodenschichten bezüglich ihrer Oberflächenmorphologie, Schichtdicke und Rissbildung zu analysieren.

 

Abbildung 1: REM Aufnahme eines Elektrodenquerschnitts

 

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