Entwicklung, Optimierung und Charakterisierung neuartiger Katalysatormaterialien für die Sauerstoffentwicklungsreaktion

Abstract

Diese Arbeit untersucht die Optimierungsmöglichkeiten eines Iridium-Katalysators für die Sauerstoffentwicklung bei der Elektrolyse mittels Protonen-Austausch-Membran. Aufgrund der hohen Kosten für die Synthese werden zwei Ansätze verfolgt, die Kosten ohne gravierende Effizienzverluste zu reduzieren. Zuerst wird die kostenbestimmende Qualität des Lösungsmittels im Syntheseweg gesenkt und der Einfluss auf den Katalysator bzw. dessen elektrochemischen Eigenschaften bewertet. Anschließend wird versucht, den Anteil des seltenen und teuren Edelmetalls Iridium an der Gesamtmasse durch Zugabe eines Übergangmetalls (Vanadium beziehungsweise Niob) zu verringern. In der Auswertung physikalischer und elektrochemischer Messungen ergibt sich ein deutlicher Zusammenhang zwischen abnehmender Lösungsmittelqualität und sinkenden Stromdichten, die vor allem auf eine Zunahme des Chlorid-Anteils zurückgeführt werden. Die Zugabe von Übergangsmetallen während der Synthese führt zu einer Verdopplung der massenspezifischen Stromdichte für die Sauerstoffentwicklungsreaktion. Jedoch können keine Anteile dieser Elemente mithilfe der energiedispersiven Röntgenspektroskopie nachgewiesen werden.