Gasdiffusionselektroden für PEM-Brennstoffzellen durch In Situ-Elektrodeposition

Abstract

Kommerziell erhältliche Membranelektrodeneinheiten sind nach wie vor sehr teuer, da sich auf den Gasdiffusionselektroden eine große Menge an Edelmetallkatalysatoren befindet. Dies liegt vor allem daran, dass sich ein erheblicher Teil der Katalysatorpartikel nicht in der so genannten Dreiphasenzone zwischen elektronenleitender Phase, ionenleitender Phase und Reaktand-Phase befindet. In der vorliegenden Arbeit ist es gelungen, Katalysatorschichten mit einem höheren Nutzungsgrad, d.h. mit einem höheren Anteil an Partikeln elektrochemisch herzustellen, die sich in der Dreiphasenzone befinden. Somit kann mit einer geringeren Edelmetallbeladung eine mit kommerziellen Systemen vergleichbare Leistung erreicht werden. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines elektrokombinatorischen Setups, in welchem kombinatorische Elektrosynthese und Elektroanalyse von Platin-Legierungssystemen durchgeführt werden kann. Damit wurden verschiedene Legierungen kombinatorisch auf ihre Eigenschaften als Katalysatoren für die Elektroreduktion von Sauerstoff, sowie für die Elektrooxidation von Wasserstoff, Methanol und Ethanol hin untersucht.

Commercial available membrane electrode assemblies are still very expensive, since a high noble metal catalyst loading has to be on the gas diffusion electrodes. The reason is particulary the fact that a high amount of the catalyst particles is not located in the so called three phase zone between ion conducting, electron conducting and reactand phase. In the present work the electrochemical synthesis of catalyst layers with a higher catatalyst utilization, i. e. with a higher amount of particles located in the three phase zone has succeeded. Thus gas diffusion electrodes comparable in performance with commercial materials but coated with a lower catalyst loading were obtained. A second objective in this work was the development of an electrocombinatoric setup in which both the combinatoric electrosynthesis as well as the combinatoric analysis of platinum and platinum alloys can be performed. Furthermore different alloys were electrodeposited and electrocombinatorically analyzed with respect to their catalytic activity in the electroreduction of oxygen and the electrooxidation of hydrogen, methanol and ethanol.