Promotionsstipendium: Dr. Felix Lohmann-Richters

Edelmetallfreie Kohlenstoffkatalysatoren für Feststoffsäure-Brennstoffzellen

Brennstoffzellen können als effiziente Energiewandler ein wichtiger Baustein der Energiewende sein. Ihre Anwendung wird jedoch durch einen zu hohen Bedarf an Edelmetallkatalysatoren behindert. Feststoffsäure-Brennstoffzellen (SAFCs) sind eine noch junge, vielversprechende Klasse an Brennstoffzellen. Für die breite Anwendung ist die Menge des als Katalysator benötigten Platins noch zu hoch. In meiner Promotion habe ich mich daher mit der effizienteren Nutzung von Platin in SAFCs beschäftigt. Ich habe dessen elektronischen und ionischen Kontakt verbessert, die spezifische Aktivität untersucht und ein Verfahren zur Bestimmung der elektrochemisch aktiven Oberfläche entwickelt.

Um den elektrischen Kontakt zu verbessern wurde zunächst eine einfache Synthese von Platinnanopartikeln auf Kohlenstoffnanoröhren und die darauf basierende Herstellung von Elektroden entwickelt. Die Elektroden zeigen die gleiche Leistung wie frühere Spitzenelektroden, allerdings mit nur 95% weniger Platin.

Um den ionischen Kontakt zu verbessern wurde eine skalierbare Fällung von sub-Mikrometer Elektrolytpartikeln entwickelt. Die neue Methode erlaubt die Kontrolle der Partikelgröße und –form und liefert ähnlich kleine Partikel wie bereits frühere Verfahren, allerdings mit erheblich höherem Durchsatz.

Als Drittes wird die Reduktion von Oberflächenoxiden zur Bestimmung der elektrochemisch aktiven Oberfläche eingeführt. Diese Größe hat sich bereits in der Elektrodenentwicklung anderer Brennstoffzellentypen als sehr nützlich erwiesen. Die Methode wurde anhand einer Modellelektrode validiert und ihre Anwendbarkeit auf Pulverelektroden demonstriert.Sie wird zu einem besseren Verständnis von SAFC-Elektroden und ihrer Degradation führen, welches für die zukünftige Entwicklung noch leistungsfähigerer SAFCs notwendig ist.

Zuletzt wurde der spezifische Widerstand der Dreiphasengrenze und die Degradation von SAFC-Modellelektroden untersucht. Laserablation ermöglichte hier die Herstellung strukturierter Platindünnschichtelektroden. Dabei wurden Hinweise auf eine mehrstufige, teilweise reversible Degradation gefunden.