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Lehrstuhl für Werkstoffverfahrenstechnik

Prof. Dr.-Ing. Christina Roth

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OperandoP-FC

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Operando Spektroskopie von Phosphorspezies an der Pt Elektrode/Elektrolyt Grenzfläche in HT-PEM Brennstoffzellen

Dieses Projekt ist eine Initiative zwischen Gruppen aus Deutschland (Prof. Dr.-Ing. Marcus Bär und Prof. Dr.-Ing. Christina Roth) und der Tschechischen Republik (Prof. Dr.-Ing. Karel Bouzek) und zielt darauf ab, den Degradationseffekt der an der Grenzfläche zwischen den Elektroden und dem Elektrolyten in einer Hochtemperatur-Brennstoffzelle (120 – 200 oC) auftritt zu verstehen. Um den Mechanismus der Katalysatorvergiftung (Pt) durch verschiedene Spezies, die durch den Abbau von Phosphorsäure (Elektrolyt) gebildet werden, zu verstehen, wird eine röntgenspektroskopische Technik im Brennstoffzellenbetrieb (Operando) eingesetzt, um die an der Platinoberfläche adsorbierten Spezies in Echtzeit zu überwachen.

Dazu wird das experimentelle Know-how der deutschen Gruppen in der Hart- und Weichröntgenspektroskopie durch die renommierte Erfahrung der tschechischen Gruppe im Bereichen der Elektrochemie und Brennstoffzellen kombiniert und erweitert. Die Gruppe von Prof. Roth nutzt ihre Expertise in der Operando-Analyse, unter Verwendung der XAFS-Analyse (Hard X-Ray Absorption Fine Structure) am Platin-L2,3-Rand, um spezifisch zu untersuchen, wie sich die geometrische und elektronische Struktur des Platins, sowie die der Platin legierten Nanopartikel-Katalysatoren unter Betriebsbedingungen ändern. Die Gruppe um Prof. Bär wird ihre Expertise im Bereich weicher Röntgenstrahlen nutzen, um eine in-situ-Zelle zu entwickeln, die es ermöglicht die Phosphor-K-Kante durch Röntgenabsorptions-Feinstruktur (NEXAFS) zu untersuchen, um Veränderungen bei den vorkommenden Wechselwirkungen zwischen Pt-Elektrodenoberfläche und Elektrolyt zu erkennen. Insbesondere sollen Phosphorsäurespezies und andere Phosphorspezies, die im Betrieb der HT-PEM-Brennstoffzelle relevant sind, untersucht werden.

Die Gruppe um Prof. Bouzek wird die Erkenntnisse aus diesen ausgeklügelten Charakterisierungstechniken nutzen, um neuartige Materialien sowie optimierte Betriebsparameter vorzuschlagen, damit Vergiftungs- und Abbauphänomene in Brennstoffzellensystemen mit Phosphorsäure dotierten Protonenaustausch-membranen zu reduzieren. Dies könnte in Zukunft dazu beitragen, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (µCHP) auf Basis von HT-PEM als hocheffizienten und umweltneutralen Bestandteil der dezentralen Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energiequellen umfassend einzuführen.


Projektprofil

Laufzeit: 07.2019 bis 06.2022

Förderung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)

Projektpartner:

Kontakt: Prof. Dr.-Ing. Christina Roth, Bruna Lobo

Weiterführende Links

Projektbeschreibung der DFG


Verantwortlich für die Redaktion: Maximilian Kutter

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