Einfluss nichtionischer Tenside auf die Herstellung und Struktur von platinfreien Gasdiffusionselektroden für die Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzelle

Abstract

In dieser Arbeit sollen zunächst Sedimentationsversuche mit den beiden nichtionischen Tensiden Triton™ X-100 und Tergitol™ 15-S-9 durchgeführt werden. Dabei wird das Sedimentationsverhalten zwischen den beiden Tensiden und zwischen unterschiedlichen Massenanteilen der Tenside in den Suspensionen untersucht. Anschließend werden Gasdiffusionselektroden (GDE) mit einem Fe-N-C Katalysator und dem Tensid, dass sich als am vielversprechendsten herausgestellt hat, im Ultraschallsprühbeschichtungsverfahren hergestellt. Daraufhin soll der Effekt des Tensids auf die homogene Verteilung des Katalysators in der Suspension und in der GDE untersucht werden. Daher werden die GDEs sowohl physikalisch als auch elektrochemisch charakterisiert, um den Einfluss des Tensids auf die Katalysatorstruktur und die Leistung der GDEs zu untersuchen. Dazu werden massenspektrometrische Messungen mit induktiv gekoppeltem Plasma zur Quantifizierung des Eisens durchgeführt. Kontaktwinkelmessungen werden zur Beurteilung des Benetzungsverhaltens von Wasser und Phosphorsäure (85 wt. %) durchgeführt. Rasterelektronenmikroskopische Aufnahmen werden zur Beurteilung der Homogenität der Elektrodenoberfläche herangezogen. Über die Energiedispersive Röntgenspektroskopie kann eine Ermittlung der Elementzusammensetzung erfolgen. Für die elektrochemische Charakterisierung werden in der GDE-Halbzelle unter Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEMBZ) Bedingungen (160 °C, konz. H3PO4) Zyklovoltammogramme (CV, engl. cyclic voltammetry) und Polarisationskurven zur Beurteilung der Leistung aufgenommen. Abschließend sollen noch Versuche zur thermischen Behandlung der GDEs mit höheren Anteilen an Tensid durchgeführt werden. Dabei soll das Hauptaugenmerk auf der Entfernung des Tensids aus der Katalysatorschicht und den daraus resultierenden Veränderungen der GDE liegen.