Elektro­­katalytische Grenz­­flächen­­verfahrens­­technik

Wir synthetisieren und charakterisieren eine breite Palette von Materialien für Elektroden und Membranen. Die Zusammenfassung der Leistungsfähigkeit dieser Einrichtungen finden Sie unter den folgenden Links.

Geräte zur Katalysatorsynthese und -charakterisierung

Polymer- und Membransynthese

Das Herz vieler elektrochemischer Prozesse ist die Membran-Elektrodeneinheit (MEE). MEEs werden üblicherweise entweder (i) durch die Beschichtung von Gasdiffusionsschichten oder porösen Transportschichten mit Katalysatorschichten und anschließendem Verpressen mit einer Membran oder (ii) durch das direkte Beschichten einer Membran mit Katalysatorschichten und nachfolgendem Hinzufügen der Diffusionsschichten hergestellt.

Tintenherstellung - Aus Katalysatoren und Polymeren werden für die Beschichtungsprozesse geeignete Dispersionen hergestellt. Für diese Aufgabe verfügen wir über verschiedene Misch- und Dispergiersysteme wie Rollenmischer, Magnetrührplatten, eine Kugelmühle, Ultraschallbäder und eine Sonotrode (Ultraschallhorn).

Tintencharakterisierung - Wir bestimmen die Qualität der Partikel/Polymer-Dispersionen mit Geräten wie dem Zetasizer, Turbiscan-Turm, einem pH-Meter und einem Viskosimeter.

Beschichtungsgeräte - Unsere Einrichtung beinhaltet Rakeln, Spiralrakeln, Sprühbeschichter, eine Elektrospinning-Einheit und einen Schlitzdüsen-Beschichter. Weitere Informationen zu diesem Thema sind hier zu finden.

Aufbau der MEEs - Wir nutzen eine Heißpresse von Collin, die durch Druck und hohe Temperaturen einen guten Kontakt zwischen den Elektroden und der Membran erzeugt.

Wir nutzen verschiedene kommerzielle und selbst gebaute Teststände zum Testen von Einzelzellen. Wir besitzen mehrere Scribner 850e Brennstoffzellen-Teststände mit verschiedenen Modifikationen. Wir untersuchen Niedrigtemperatur- und Hochtemperatur-Polymerelektrolyt-Brennstoffzellen sowie Isopropanol/Luft- und Aceton/Wasserstoff-Brennstoffzellen. In selbst aufgebauten Anlagen werden die CO₂-Reduktion und verschiedene Wasserelektrolyse-Techniken untersucht.

Wir verfügen zudem über einen Scribner ETS 600 Wasserelektrolyseur und nutzen Potentiostaten von BioLogic zur tiefgehenden elektrochemischen Charakterisierung mit Methoden wie elektrochemischer Impedanzspektroskopie, linearer Sweep-Voltammetrie und zyklischer Voltammetrie. Weitere Informationen zu diesem Thema sind hier zu finden.

Wir verwenden Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie für eine detaillierte morphologische Charakterisierung von Materialien. Ein WITec alpha 300 kombiniert die konfokale Raman-Mikroskopie (engl. CRM) und die Rasterkraftmikroskopie (engl. AFM) und ermöglicht beispielsweise die chemisch-morphologische Analyse von Polymeren und Membranen oder die Evaluation der Topographie von nanostrukturierten Proben. CRM erlaubt Einblicke in die chemische Zusammensetzung auf der Oberfläche von Proben und innerhalb von transparenten Proben mit einer Auflösung von etwa 1 µm. Raman-Spektroskopie wird dazu genutzt, um Detailinformationen über die chemische Zusammensetzung und Interaktionen mit anderen Stoffen zu erhalten, wie etwa die Wasseraufnahme einer Polymermembran.

Elektronenmikroskopie erlaubt unser Tescan Vega 3 Rasterelektronenmikroskop (engl. SEM) und das Zeiss CrossBeam 540 mit Gemini II-Optik, ein fokussiertes Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskop (engl. FIB-SEM). Beide Mikroskope sind mit Detektoren für energiedispersive Röntgenspektroskopie (engl. EDX) ausgestattet und das Zeiss FIB-SEM bietet eine Vielzahl zusätzlicher Analyse- und Probenbearbeitungsoptionen. Dazu zählen ein Detektor für Elektronenrückstreubeugung, Mikromanipulatoren, ein Plasmareiniger, eine Kryo-Stage, ein Rastertransmissionselektronenmikroskopie-Detektor (engl. STEM) und die Möglichkeit, 3D-Bildgebung mittels FIB-SEM-Tomographie durchzuführen. Im Anschluss an die Aufnahme eines Tomogramms ermöglichen es die 3D-Strukturdaten einer Probe wie einer porösen Elektrode, betriebsrelevante Transportparameter zu berechnen, um experimentelle Daten aus Zelltests zu ergänzen. Die Probenvorbereitung für TEM und STEM kann im FIB-SEM durchgeführt werden oder an unserem RMC Boeckeler PowerTome Ultramikrotom ausgeführt werden.

Weitere Informationen zur Bildgebung und Spektroskopie sind hier zu finden.