Katalysator­synthese

Über

Die Schwerpunkte unseres Forschungsteams liegen in der Entwicklung von Elektrokatalysatoren und ihren Anwendungen in der CO2-, H2O-Elektrolyse und in Brennstoffzellen mit Festelektrolytmembranen. Insbesondere streben wir die Entwicklung fortschrittlicher Elektrokatalysatoren auf der Basis von Edel- und Nichtedelmetallen und sowie Legierungen an. Ein weiterer Schwerpunkt ist der Entwurf und die Optimierung von Katalysatorschichten (Elektroden), die auf fortschrittlichen Katalysatoren basieren. Die allgemeinen Ziele sind die Verbesserung der Energieeffizienz und die deutliche Senkung des Edelmetallverbrauchs und damit der Kosten von Brennstoffzellen- und Elektrolysesystemen. Darüber hinaus erforschen und entwickeln wir Katalysatoren für neuartige elektrochemische Reaktorsysteme zur Synthese von Energieträgermolekülen.

Forschungsthemen

Unser Forschungsteam beschäftigt sich mit den folgenden Forschungsthemen:

  • Fortgeschrittene Katalysatoren für Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseure (PEMWE)
  • Nichtedelmetall basierte Katalysatoren für die Wasserstoffentwicklung (HER)
  • CO2-Elektrolyse
  • Katalysatoren für Brennstoffzellen und elektrochemische Synthesereaktoren

Kontakt

Dr. Chuyen Pham

IEK-11

Gebäude HIERN-Auf-AEG / Raum 02.8

+49 911/32169-116

E-Mail

Forschungsthemen

Katalysatoren für Protonenaustauschmembran-Wasserelektrolyseure (PEMWE)

PEMWE gilt als der vielversprechendste Typ für die Umwandlung erneuerbarer Energien, ihre breite Anwendung wird jedoch immer noch behindert. Dies liegt sowohl an den hohen Investitionskosten (CAPEX) als auch an den Betriebskosten für die H2-Produktion (OPEX). Diese beiden Haupthindernisse könnten durch die Entwicklung und Implementierung eines effizienten OER-Katalysators, der die Edelmetallbelastung und den Energieverbrauch von PEMWEs reduzieren könnte, gemildert werden.

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Katalysatoren für die Wasserstoffentwicklung (HER)

Pt-Nanopartikel auf einem porösen Kohlenstoffträger sind derzeit der beste Katalysator für die Wasserstoffentwicklungsreaktion (HER) in der Kathode. Die Knappheit und die hohen Kosten von Platin motivieren die Suche und Entwicklung nach alternativen Katalysatoren

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CO2-Elektrolyse

Die Kohlenstoffabscheidung und -verwertung (CCU) ist eine ideale Strategie, um die CO2-Emissionen unter Kontrolle zu halten und gleichzeitig eine nachhaltige Industrialisierung aufrechtzuerhalten. Die CO2-Elektrolyse ermöglicht die Nutzung von Kohlenstoff, indem sie CO2 in Chemikalien mit Mehrwert wie CO, Ethylen, Ethanol usw. umwandelt. Wir tragen zu diesem Thema mit Aktivitäten im Bereich Zelldesign und Katalysatorentwicklung bei.

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Katalysatoren für Brennstoffzellen und elektrochemische Synthesereaktoren

Die Einführung von Wasserstoff stößt aufgrund von Sicherheitsbedenken und hohen Verwaltungskosten für molekularen Wasserstoff auf gesellschaftlichen Widerstand. Ein Lösungsansatz ist die Verwendung von flüssigen organischen Wasserstoffträgern (LOHC) zur Speicherung von Wasserstoff in ihren chemischen Bindungen. Wir entwerfen und entwickeln Katalysatoren für verschiedene Reaktoren in diesem Bereich.

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PEMWE gilt als der vielversprechendste Typ für die Umwandlung erneuerbarer Energien, ihre breite Anwendung wird jedoch immer noch behindert. Dies liegt sowohl an den hohen Investitionskosten (CAPEX) als auch an den Betriebskosten für die H2-Produktion (OPEX). Diese beiden Haupthindernisse könnten durch die Entwicklung und Implementierung eines effizienten OER-Katalysators, der die Edelmetallbelastung und den Energieverbrauch von PEMWEs reduzieren könnte, gemildert werden.

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Members

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Methoden

In unserem Team verfügen wir über eine vielzahl von Methoden und Anlagen zur Entwicklung und Charakterisierung von neuen Katalysatormaterialen.

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Publikationen

2023

· M. Minichová, C. van Pham, B. Xiao, A. Savan, A. Hutzler, A. Körner, I. Khalakhan, M.G. Rodríguez, I. Mangoufis-Giasin, V. Briega-Martos, A. Kormányos, I. Katsounaros, K.J. Mayrhofer, A. Ludwig, S. Thiele, S. Cherevko, Isopropanol electro-oxidation on Pt-Ru-Ir: A journey from model thin-film libraries towards real electrocatalysts, Electrochim. Acta 444 (2023) 142032. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2023.142032.

· G. Liu, D. McLaughlin, S. Thiele, C. van Pham, Correlating catalyst ink design and catalyst layer fabrication with electrochemical CO2 reduction performance, Chemical Engineering Journal 460 (2023) 141757. https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141757

2022

· Ruck, S.; Körner, A.; Hutzler, A.; Bierling, M.; Gonzalez, J.; Qu, W. et al. (2022): Carbon supported NiRu nanoparticles as effective hydrogen evolution catalysts for anion exchange membrane water electrolyzers. In: J. Phys. Energy 4 (4), S. 44007. DOI: 10.1088/2515-7655/ac95cd.

2021

· C.V. Pham, D. Escalera‐López, K. Mayrhofer, S. Cherevko, S. Thiele, Essentials of High Performance Water Electrolyzers–From Catalyst Layer Materials to Electrode Engineering, Adv. Energy Mater. 11 (44) (2021), 2101998.

· A. Martin, P. Trinke, C. V. Pham, M. Bühler, M. Bierling, P.K.R. Holzapfel, B. Bensmann, S. Thiele, R. H. Rauschenbach, On the Correlation between the Oxygen in Hydrogen Content and the Catalytic Activity of Cathode Catalysts in PEM Water Electrolysis, J. Electrochem. Soc. 168 (11) (2021), 114513.

2020

· C.V. Pham, M. Bühler, J. Knöppel, M. Bierling, D. Seeberger, D. Escalera-López, K. J.J. Mayrhofer, S. Cherevko, S. Thiele, IrO2 coated TiO2 core-shell microparticles advance performance of low loading proton exchange membrane water electrolyzers, Appl. Catal. B, 269 (2020) 118762.

· Fabrication of a Robust PEM Water Electrolyzer Based on Non‐Noble Metal Cathode Catalyst: [Mo3S13]2− Clusters Anchored to N‐Doped Carbon Nanotubes, PKR Holzapfel, M Bühler, D Escalera‐López, M Bierling, FD Speck, K. JJ Mayrhofer, S. Cherevko, C. V. Pham, S. Thiele, Small 16 (37) (2020), 2003161.

· P. Holzapfel, M. Bühler, C. V. Pham, F. Hegge, T. Böhm, D. McLaughlin, M. Breitwieser, S. Thiele, Directly coated membrane electrode assemblies for proton exchange membrane water electrolysis, Electrochemistry Communications, 110 (2020) 1066402.

Further publication

· C. V. Pham, A. Zana, M. Arenz, S. Thiele, [Mo3S13]2− Cluster Decorated Sulfur‐doped Reduced Graphene Oxide as Noble Metal‐Free Catalyst for Hydrogen Evolution Reaction in Polymer Electrolyte Membrane Electrolyzers, ChemElectroChem, 5 (2018), 2672–2680.

· C. V. Pham, B. Britton, T. Böhm, S. Holdcroft, S. Thiele, Doped, Defect‐Enriched Carbon Nanotubes as an Efficient Oxygen Reduction Catalyst for Anion Exchange Membrane Fuel Cells, Adv. Mater. Interfaces, 5 (2018), 1800184

· C. V. Pham, M. Klingele, B. Britton, K. Rao Vuyyuru, T. Unmuessig, S. Holdcroft, A. Fischer, S. Thiele, Tri-doped reduced graphene oxide as a metal-free catalyst for oxygen reduction reaction demonstrated in acidic and alkaline polymer electrolyte fuel cells, Advanced Sustainable Systems, 1 (5) (2017), 1600038.

News
Letzte Änderung: 17.04.2024