Konrad Ehelebe, Friedrich-Alexander-Universität - Erlangen - Nürnberg

Um den Klimawandel auf ein ökologisch und sozial verträgliches Maß zu reduzieren, sind drastische Einschnitte beim Ausstoß von Treibhausgasen nötig. Gerade im Verkehrsbereich jedoch wurden bisher keinerlei Einsparungen erreicht. Brennstoffzellen stellen, besonders für den Langstrecken- und Schwerlasttransport, die aussichtsreichsten Lösungsansätze für eine emissionsfreie Mobilität dar. Da die momentan dafür verwendeten Katalysatoren selten und extrem teuer sind, ist es notwendig Methoden zu entwickeln, um Katalysatoreigenschaften effektiv zu verbessern. Momentan klafft allerdings eine Lücke zwischen Grundlagen- und angewandter Forschung. Katalysatorforschung an Gasdiffusionselektroden (GDE) erscheint die geeignetste Methode zu sein, um die Vorteile von Grundlagenforschung (vergleichsweise schnell, preiswert, gut vergleichbar) mit den vorherrschenden Bedingungen angewandter Forschung zu verbinden. Mit einem bereits in der laufenden Arbeit entwickelten GDE-Teststand können nicht nur Katalysatormaterialien, sondern auch der Einfluss ihrer Schichtstrukturen, deutlich schneller evaluiert werden als in den herkömmlichen Vollzellenexperimenten (MEA-Tests). Überdies wird eine GDEScanning Flow Cell (GDE-SFC) entwickelt, mit der es möglich ist, die optimalen Parameter für eine Katalysatorschicht unter anwendungsnahen Bedingungen in einem Bruchteil der Zeit im Vergleich zu konventionellen Testmethoden zu ermitteln. Außerdem gibt es die Möglichkeit, die GDE-SFC mit verschiedenen anderen Analysemethoden zu koppeln (z.B. ICP-MS, DART-MS) und dadurch die Auflösung des Katalysatormaterials oder die entstehenden Reaktionsprodukte in-situ zu evaluieren. Es wurden bereits erste erfolgreiche Experimente mit dem GDE-Teststand durchgeführt. Dabei wurden einige experimentelle Hürden wie z.B. die exakte Bestimmung des unkompensierten Widerstandes oder der elektrochemisch aktiven Oberfläche erfolgreich genommen. Diese sind wichtig, um vergleichbar und exakt die Aktivität von Elektrokatalysatoren zu bestimmen. Im bevorstehenden Forschungsprojekt werden mit den entwickelten Methoden verschiedene Katalysatorsysteme und deren Parameter in Bezug auf Aktivität und Stabilität unter anwendungsnahen Bedingungen evaluiert. Es sei erwähnt, dass mit den entwickelten Methoden zukünftig auch andere elektrochemische 3-Phasen Reaktionen, die eine wichtige Rolle in der Sektorkopplung spielen könnten (z.B. die elektrochemische CO2-Reduktion zu Plattformchemikalien), effektiv experimentell untersucht werden können.