Konrad Ehelebe, Friedrich-Alexander-Universität - Erlangen - Nürnberg

Um den Klimawandel auf ein ökologisch und sozial verträgliches Maß zu reduzieren, sind drastische
Einschnitte beim Ausstoß von Treibhausgasen nötig. Gerade im Verkehrsbereich jedoch wurden bisher
keinerlei Einsparungen erreicht. Brennstoffzellen stellen, besonders für den Langstrecken- und
Schwerlasttransport, die aussichtsreichsten Lösungsansätze für eine emissionsfreie Mobilität dar. Da
die momentan dafür verwendeten Katalysatoren selten und extrem teuer sind, ist es notwendig
Methoden zu entwickeln, um Katalysatoreigenschaften effektiv zu verbessern. Momentan klafft
allerdings eine Lücke zwischen Grundlagen- und angewandter Forschung. Katalysatorforschung an
Gasdiffusionselektroden (GDE) erscheint die geeignetste Methode zu sein, um die Vorteile von
Grundlagenforschung (vergleichsweise schnell, preiswert, gut vergleichbar) mit den vorherrschenden
Bedingungen angewandter Forschung zu verbinden.
Mit einem bereits in der laufenden Arbeit entwickelten GDE-Teststand können nicht nur
Katalysatormaterialien, sondern auch der Einfluss ihrer Schichtstrukturen, deutlich schneller evaluiert
werden als in den herkömmlichen Vollzellenexperimenten (MEA-Tests). Überdies wird eine GDEScanning
Flow Cell (GDE-SFC) entwickelt, mit der es möglich ist, die optimalen Parameter für eine
Katalysatorschicht unter anwendungsnahen Bedingungen in einem Bruchteil der Zeit im Vergleich zu
konventionellen Testmethoden zu ermitteln. Außerdem gibt es die Möglichkeit, die GDE-SFC mit
verschiedenen anderen Analysemethoden zu koppeln (z.B. ICP-MS, DART-MS) und dadurch die
Auflösung des Katalysatormaterials oder die entstehenden Reaktionsprodukte in-situ zu evaluieren.
Es wurden bereits erste erfolgreiche Experimente mit dem GDE-Teststand durchgeführt. Dabei wurden
einige experimentelle Hürden wie z.B. die exakte Bestimmung des unkompensierten Widerstandes
oder der elektrochemisch aktiven Oberfläche erfolgreich genommen. Diese sind wichtig, um
vergleichbar und exakt die Aktivität von Elektrokatalysatoren zu bestimmen. Im bevorstehenden
Forschungsprojekt werden mit den entwickelten Methoden verschiedene Katalysatorsysteme und
deren Parameter in Bezug auf Aktivität und Stabilität unter anwendungsnahen Bedingungen evaluiert.
Es sei erwähnt, dass mit den entwickelten Methoden zukünftig auch andere elektrochemische 3-
Phasen Reaktionen, die eine wichtige Rolle in der Sektorkopplung spielen könnten (z.B. die
elektrochemische CO2-Reduktion zu Plattformchemikalien), effektiv experimentell untersucht werden
können.