Untersuchung der Benetzung von Silber-Gasdiffusionselektroden durch den Vergleich von Kapillardruck-Sättigungs-Messungen und der Pore Morphology Methode

Kurzfassung

Der Benetzungszustand poröser Gasdiffusionselektroden (GDE) spielt eine zentrale Rolle in Bezug auf die Leistungsfähigkeit der Elektrode. Bei Silber-GDEs wird die Benetzung unter anderem durch den Effekt des Electrowettings beeinflusst, der auftritt, wenn ein elektrisches Potential an die Elektrode angelegt wird. In dieser Arbeit wird dieses potentialabhängige Benetzungsverhalten untersucht. Ziel der Arbeit war es, KapillardruckSättigungs-Kurven sowohl experimentell als auch simulativ zu bestimmen und daraus Erkenntnisse über den Einfluss des Electrowettings auf die Benetzungseigenschaften zu gewinnen. Die Simulationen wurden mithilfe der Pore Morphology Methode (PMM) durchgeführt, die aufgrund ihres geringen Rechenaufwands im Vergleich zu direkten numerischen Simulationen besonders geeignet ist. Diese Methode wurde zunächst mit dem Cieplak-Robbins-Modell und einem Mikromodell validiert, wobei sich herausstellte, dass die PMM bei der Simulation von Strukturen mit gemischter Benetzbarkeit begrenzt ist und bei sehr niedrigen Kapillardrücken zu Fehlern neigt. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde ein Versuchsstand zur Messung von Kapillardruck-Sättigungskurven unter angelegtem Potential verwendet. Hierbei zeigte sich, dass Electrowetting die Form und Lage der Kapillardruck-Sättigungskurven beeinflusst. Trotz konstruktiver Mängel des Versuchsstands konnten wertvolle Einblicke in das potentialabhängige Benetzungsverhalten von GDEs gewonnen werden. Die Ergebnisse der Arbeit legen nahe, dass sowohl die PMM als auch die experimentellen Methoden großes Potential für die Bestimmung von Kapillardruck-Sättigungskurven haben, jedoch Verbesserungen notwendig sind, um genaue und zuverlässige Daten zu erhalten.