Komposit­­membran­­analyse und -design

Über

Das Team Kompositmembrananalyse und -design arbeitet am Herz eines elektrochemischen Energieumwandlers wie der Polymerelektrolytbrennstoffzelle oder -wasserelektrolysezelle: Dem Polymerelektrolyten. Diese Zellkomponente muss ionisch leitfähig und gleichzeitig mechanisch stabil sein, um die beiden Elektroden zu isolieren. Diese Aufgabe muss bei erhöhten Temperaturen und hohem Druck sowie unter den harschen Bedingungen ablaufender elektrochemischer Reaktionen erfüllt werden.

Deshalb müssen die Membranen, die als Polymerelektrolyt eingesetzt werden, anwendungsspezifisch auf eine hohe ionische Leitfähigkeit und exzellente mechanische, thermische und chemische Stabilität zugeschnitten werden. Ein Weg zur Optimierung der Eigenschaften eines Polymerelektrolyten ist die Entwicklung von Kompositmembranen: Membranen, die Additive oder Verstärkungsschichten enthalten, um beispielsweise die mechanische Widerstandsfähigkeit zu verbessern. In unserem Team arbeiten wir sowohl an der Entwicklung als auch an der Charakterisierung dieser Kompositmembranen.

Forschungsthemen

Die Entwicklung von ionisch leitfähigen Membranen mit

  • Verbesserter ionischer Leitfähigkeit
  • Verbesserten mechanischen Eigenschaften
  • Reduziertem Gas- oder Brennstoffübergang
  • Reduzierter Dicke

Wir produzieren Membranen und Membran-Elektrodeneinheiten mithilfe verschiedener Techniken wie Sprühbeschichtung und Rakeln. Neben der elektrochemischen Charakterisierung von einzelnen Zellen setzen wir bildgebende und spektroskopische Verfahren wie Elektronenmikroskopie und konfokale Raman-Mikroskopie zur Untersuchung der Membranen und Elektroden ein. Unser Ziel ist es, die Leistung und Lebensdauer von Membranen und Membran-Elektrodeneinheiten für den Einsatz in verschiedenen Anwendungen der elektrochemischen Energieumwandlung zu optimieren.

Kontakt

Dr. Thomas Böhm

IEK-11

Gebäude HIERN-Cauerstr / Raum 4009

+49 9131-12538168

Übersicht über unsere Methoden

Herstellung von Membranen und Elektroden

Wir verwenden verschiedene Techniken zur Herstellung von Membranen aus Ionenaustauscher-Polymeren und Elektroden aus Katalysator-Nanopartikeln, -Support und -Binder. Ein entscheidender Faktor für eine effiziente elektrochemische Energieumwandlung ist die Grenzfläche zwischen den einzelnen Schichten, die ausgebildet wird, wenn sie zu einer Membran-Elektrodeneinheit verbunden werden.

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Elektro­chemische Charakterisierung

Wir entwickeln Membran-Elektrodeneinheiten vorwiegend für Protonenaustausch-Membran-Brennstoffzellen und -Wasserelektrolyseure. Die hauptsächliche Auswertung dieser elektrochemischen Energieumwandler erfolgt mittels Einzelzelltests. Elektrochemische Messverfahren werden dazu verwendet, die maximale Leistung und weitere relevante Parameter wie die elektrochemisch aktive Oberfläche der Elektroden oder den Brennstoffübergang über die Membran zu bestimmen.

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Bildgebung und Spektroskopie

Wir nutzen fortgeschrittene bildgebende Verfahren zur Analyse von morphologischen und chemischen Eigenschaften sowie zur Untersuchung von Transportparametern von Membranen und Elektroden. So kann beispielsweise die Porosität einer Elektrode innerhalb einer Membran-Elektrodeneinheit mittels 3D-Bildgebung durch Elektronenmikroskopie untersucht werden, oder die chemische Degradation einer Membran nach dem Betrieb in einer Brennstoffzelle mithilfe von konfokaler Raman-Mikroskopie quantifiziert werden.

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Wir verwenden verschiedene Techniken zur Herstellung von Membranen aus Ionenaustauscher-Polymeren und Elektroden aus Katalysator-Nanopartikeln, -Support und -Binder. Ein entscheidender Faktor für eine effiziente elektrochemische Energieumwandlung ist die Grenzfläche zwischen den einzelnen Schichten, die ausgebildet wird, wenn sie zu einer Membran-Elektrodeneinheit verbunden werden.

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Team-Mitglieder

Team-Foto (Juni 2022).
Axel Marth
Ausgewählte Publikationen
Letzte Änderung: 27.07.2022