Ziele

Die erste Projektphase der Forschergruppe konzentriert sich auf die Analyse und Charakterisierung von state-of-the-art-Elektroden und Modellelektroden. Dazu sollen ausgehend von Silberpartikeln und PTFE unterschiedliche GDE mit einer Bandbreite an spezifischen Eigenschaften hergestellt werden. Anschließend finden  umfassende ex situ Charakterisierungen des Porensystems der Elektroden statt. Die eingesetzten Silber-Katalysatoren und die hergestellten GDE werden zudem bezüglich ihrer elektrochemischen Eigenschaften mit verschiedenen, insbesondere auch neuen mikroelektrochemischen Methoden charakterisiert.

Einen weiteren wichtigen Baustein der geplanten Untersuchungen stellen Methoden zur in situ und in operando Charakterisierung der Elektroden dar, die u.a. die Messung der Elektrolytverteilung in der Elektrode erlauben. Die verschiedenen Ergebnisse sollen in die Entwicklung eines multiphysikalischen mathematischen Modells zur Beschreibung des stationären und dynamischen Verhaltens einfließen.

Insgesamt wird erwartet, dass mit diesen Arbeiten ein grundlegendes Verständnis des Zusammenwirkens von elektrochemischer Reaktion und den verschiedenen Transportvorgängen in einer GDE für die Sauerstoffreduktion am Beispiel des Ag-PTFE-Systems in alkalischen Elektrolyten erarbeitet werden kann. Dabei sollen insbesondere die folgenden Ergebnisse erzeilt werden:

  • Erstmalige Messung der Elektrolytverteilung in einer arbeitenden Ag-GDE unter Reaktionsbedingungen und Abgleich mit Simulationsrechnungen.
  • Weiterentwicklung der physikalisch-chemisch basierten Modellvorstellung zum Zusammenwirken von elektrochemischer Reaktion und Diffusion reagierender Spezies in der porösen GDE.
  • Validierung der Modellvorstellung durch Abgleich mit Ergebnissen in einem weiten Bereich der Elektrodenparameter und Prozessbedingungen sowie durch ortsaufgelöste Potentialmessungen.
  • Entwicklung von Ansätzen zu alternativen Elektrodenformulierungen und zur Verbesserung der Eigenschaften bei der Sauerstoffreduktion.
 

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