Erfolgreiche Promotion am ZBT: Dr.-Ing. Adib Caidi forscht an der Optimierung von Brennstoffzellen

Die Leistungsfähigkeit einer PEM-Brennstoffzelle hängt wesentlich von der Struktur und den Eigenschaften ihrer Katalysatorschicht ab. Deren Entwicklung umfasst mehrere miteinander verknüpfte Schritte – von der Auswahl und Charakterisierung der Ausgangsmaterialien über die Herstellung der Katalysatortinte bis hin zur Fertigung der Membran-Elektroden-Einheit (MEA). In seiner Arbeit untersucht Caidi diese Zusammenhänge systematisch. Ziel ist ein wissensbasierter Ansatz, der Materialeigenschaften und Prozessparameter mit der resultierenden Schichtarchitektur und der elektrochemischen Leistungsfähigkeit verknüpft. Damit soll die Entwicklung von Katalysatorschichten nachvollziehbarer und gezielter steuerbar werden.

Auch die Verarbeitung der Katalysatortinten steht im Fokus der Arbeit. Insbesondere untersucht Caidi die Auswirkungen der Ultraschalldispergierung auf die verwendeten Materialien. Dabei zeigt sich, dass während der Behandlung durch die Sonolyse von Wasser Radikale entstehen können, die physikochemische Veränderungen an kohlenstoffgeträgerten Platinkatalysatoren hervorrufen. Die Dispergierung ist demnach nicht ausschließlich als mechanischer Prozess zu betrachten. Die Ergebnisse machen deutlich, dass auch chemische Effekte der Prozessführung berücksichtigt werden müssen, um Materialeigenschaften gezielt zu erhalten und die Herstellung von Katalysatorschichten besser kontrollieren zu können.

Der entwickelte Ansatz trägt dazu bei, die Entwicklung von Katalysatorschichten stärker auf messbare Materialeigenschaften und nachvollziehbare Prozesszusammenhänge zu stützen. Dies kann den experimentellen Screening-Aufwand reduzieren und die Standardisierung sowie Reproduzierbarkeit von Herstellungsprozessen unterstützen. Die Ergebnisse liefern damit wichtige Impulse für die Weiterentwicklung von PEM-Brennstoffzellen. Darüber hinaus lässt sich die zugrunde liegende Methodik perspektivisch auch auf verwandte elektrochemische Systeme übertragen, etwa auf die PEM-Wasserelektrolyse oder Batterien. Fragen der Langzeitbeständigkeit, des transienten Betriebsverhaltens und der Übertragung auf größere Produktionsmaßstäbe bleiben Gegenstand weiterer Untersuchungen.