junger Wissenschaftler hält einen Vortrag

Open-access-Paper: Wassersonolyse während Dispergierung setzt Katalysatoren zu

Katalysatoren für PEM-Brennstoffzellen können während der Ultraschall-Dispergierung durch Wassersonolyse negativ beeinflusst werden. Maßgeschneiderte Dispergierungsprotokolle sind deshalb mitentscheidend für die spätere Leistung der Brennstoffzelle.

Katalysatoren in Brennstoffzellen sind fragile Gebilde, bei deren Herstellung schädliche Einflüsse weitgehen vermieden werden sollten, um eine optimale Leistungsfähigkeit zu erhalten. So kann zum Beispiel Wassersonolyse während der Dispergierungschritte zur Oxidation des Kohlenstoffträgers führen, da dabei radikale Spezien wie Hydroxyl (OH) entstehen. Dadurch verschlechtert sich die Leistung der PEM-Brennstoffzelle.

Adib Caidi (im Bild), Doktorand am ZBT, hat sich die sonochemischen Prozesse während der Dispergierung genau angeschaut. Durch den gezielten Einsatz von Ultraschall konnte er die Struktur und Chemie von Kohlenstoffträgern verändern und anschließend untersuchen.

Ergebnisse in Particle & Particle Systems Characterization veröffentlicht

Am ZBT wurden damit spannende erste Schritte im Bereich der angewandten Sonochemie unternommen. So konnten wertvolle Erfahrungen auf diesem Gebiet gesammelt werden. Die Ergebnisse wurden nun in Particle & Particle Systems Characterization veröffentlicht.

Hochoberflächige Kohlenstoffe sind stabiler

Adib hat in seinen Untersuchungen festgestellt, dass Kohlenstoffträger mit sehr großer Oberfläche robuster gegenüber Einflüssen aus der Wassersonolyse sind. So bleiben hochoberflächige Kohlenstoffe stabil, während Rußpartikel mit mittleren und niedrigen Oberflächen oxidieren und Platin verlieren können.

Maßgeschneiderte Dispergierungsprotokolle

Die vorliegende Studie liefert wichtige Erkenntnisse über die Auswirkungen der Ultraschall-Dispersion auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Carbon Blacks (CB = Ruß), Pt/C-Katalysatoren und deren anschließende Leistung in PEMFC. Aus den Untersuchungen lässt sich schließen, dass maßgeschneiderte Dispergierungsprotokolle für verschiedene Rußtypen entscheidend für die optimale Leistung von PEM-Brennstoffzellen sind.

Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die Entwicklung fortschrittlicher Dispersionsstrategien, die eine präzise Kontrolle über die CL-Morphologie ermöglichen und in der Folge helfen, Leistungsverluste zu minimieren.

grafisches Abstract zur Untersuchung sonochemischer Einflüsse auf Elektrokatalysatoren

Das Paper

Impact of Sonication Treatment on Physicochemical Properties of Carbon Blacks and Pt/C Catalysts in Proton Exchange Membrane Fuel Cells (Auswirkungen der Ultraschallbehandlung auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Ruß und Pt/C-Katalysatoren in PEM-Brennstoffzellen)

in Particle & Particle Systems Characterization

  • Autor: Adib Caidi (ZBT)
  • Co-Autor:innen: Thomas Lange (ZBT), Fatih Özcan (Universität Duisburg-Essen), Volker Peinecke (ZBT), Ivan Radev (ZBT), Doris Segets (Universität Duisburg-Essen)

Diese Forschung wurde vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen des Projekts „Standardisierung und Normung der Charakterisierung von Rußen für Brennstoffzellen und Batterien (NoRu)” (Projekt-Nr. 03TN0013B) gefördert.

Die Autor:innen danken MAT4HY.NRW für die kooperative Unterstützung.

Open-Access-Finanzierung ermöglicht und organisiert durch das DEAL-Konsortium.

Sonochemie

Die Sonochemie ist ein spannendes und innovatives Forschungsfeld mit großem Zukunftspotenzial. Sie beschäftigt sich mit den Auswirkungen von (Ultra-)Schallwellen auf chemische Systeme.

„Sonochemische Effekte werden nicht durch direkte Einwirkung der Schallwellen auf Moleküle hervorgerufen, sondern durch akustische Kavitation. Durch die Einwirkung von Ultraschall bilden sich dabei in einer Flüssigkeit Blasen, die zunächst anwachsen und schließlich kollabieren. Bei dieser Implosion werden, lokal und zeitlich eng begrenzt, sehr hohe Energien frei. Bei entsprechenden Experimenten wurden Temperaturen um 5000 Kelvin und Druckwerte von ungefähr 1000 atm gemessen. Die Temperaturschwankungen liegen dabei über 1010 K/s.“ (Wikipedia)

Kontakt

Abteilungsleiter Elektrochemische Komponenten

Dr. Volker Peinecke
+49 203 7598-3120

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Titel Datum
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