TU BRAUNSCHWEIG

Teilprojekt A4 - Elektrokatalyse

Entwicklung und Untersuchung von lasergestützten Strukturierungsmethoden für neuartige metallhaltige Elektrokatalysatoren

Alle heutigen Polymeraustauschmembran-Brennstoffzellen (engl. polymer exchange membran fuel cell, PEM-FC) worin die mikrobiellen Brennstoffzellen (microbial fuel cell, MFC) eine Untergruppe bilden, haben ein gemeinsames Problem inne. Sie sind zu teuer. Die hohen Kosten dieser leistungsfähigen und zukunftsträchtigen Technologie werden zum Großteil durch das teure Katalysatormaterial verursacht. Die kathodische Katalysatorschicht heutiger PEMs sowie MFCs besteht aus porösen Rußpartikeln, welche mit Platinnanopartikeln mit Durchmessern von 3 nm bis 5 nm funktionalisiert worden sind. Dabei werden Platinmassenanteile von 20 % bis 40 % eingesetzt.

Die Anforderungen an das kathodenseitige Katalysatormaterial sind besonders hoch, da es bei hoher katalytischer Aktivität eine hohe elektrische Leitfähigkeit bei gleichzeitig hoher Widerstandsfähigkeit gegenüber Wasserstoffperoxid (H2O2), welches zu geringen Teilen bei der Sauerstoffreduktion zu Wasser entsteht, und hohen pH‑Werten aufweisen soll.

Interessanterweise kann man bei der Strukturierung von Metallen mit einem ultrakurzgepulsten Laser ebenfalls große Oberflächen erzeugen, welche eine noch interessantere Unterstruktur, sogenannte Nanoripples aufweisen. In unserem Teilprojekt wollen wir untersuchen, ob sich innerhalb dieser Nanoripples eine kristalline Vorzugsrichtung des Metalls ausbildet und ob sich so die katalytische Aktivität von Platin (Pt), PtNi-Legierungen bzw. PtCo-Legierungen steigern lässt. Weiterhin werden detaillierte Untersuchungen zum Entstehungsmechanismus dieser durch ultrakurzgepulstes Laserlicht erzeugten Strukturen durchgeführt. Zudem soll untersucht werden, in wieweit sich Platin bzw. Nickel modifizierte metallorganische Gerüstverbindungen (engl. metal organic frameworks, MOFs) als Sauerstoffreduktions-katalysatoren eignen.

Abbildung: Durch ultrakurzgepulstes Laserlicht erzeugte Strukturen auf einem Nickelblech.




Kontakt

Leibniz Universität Hannover
Institut für Physikalische Chemie und Elektrochemie
Arbeitskreis Prof. J. Caro
Callinstraße 3A
30167 Hannover
Tel. +49 (511) 762- -3185 Sekr.
Fax:+49 (511) 762-19121


Prof. Dr. Jürgen Caro
juergen.caro@pci.uni-hannover.de
Tel.: +49 (511) 762-3175

M. Sc. Karsten Lange
karsten.lange@pci.uni-hannover.de
Tel.: +49 (511) 762-2125

 


  last changed 28.06.2016
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