Zentrum für
BrennstoffzellenTechnik
ZBT GmbH

Unser Projekt: Gradierte Schichten auf Basis von Graphen (GRA2KAT)

Ziel des Projekts "Gradierte Aktivschichten auf Basis von Graphen-geträgerten Legierungskatalysatoren für NT-PEM-Kathoden (GRA2KAT)"​ ist die Entwicklung neuartiger kohlenstoffbasierter Katalysatorträger, Pt-Legierungskatalysatoren sowie Katalysatorschichten für die Kathode von Niedertemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran Brennstoffzellen (NT-PEM-FC).

Katalysator-Entwicklung am ZBT

Forschungsvereinigung: IUTA IGF-Nummer: 19694N Projektlaufzeit: 01.10.2017 – 31.03.2020

Hierbei werden gegenüber dem aktuellen Stand der Technik wesentlich verbesserte Stofftransporteigenschaften, eine höhere Aktivität des Katalysators sowie eine deutlich gesteigerte Degradationsbeständigkeit angestrebt.

Um die Anforderungen an eine hohe elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit und einen optimierten Stofftransport erfüllen zu können, müssen die kohlenstoffbasierten Katalysatorträger über ein schaumartigen Aufbau mit einer hierarchischen Porenstruktur aus einem stickstoffdotierten Kohlenstoff-Grundgerüst mit graphenoiden Eigenschaften verfügen. Zusätzlich wird durch die Porenstruktur die Migration der Katalysatorpartikel auf dem Trägermaterial unterbunden. Diese würde durch ein Zusammenwachsen der Partikel (Ostwaldreifung) zu einem Verlust der aktiven Oberfläche und somit zu einer Verringerung der Katalysatoraktivität führen. Zur Synthese dieser Trägermaterialien, die als Basis für die ebenfalls zu optimierenden hochaktiven Pt-Legierungskatalysatoren dienen, werden zwei unterschiedliche Syntheseverfahren entwickelt. Diese basieren zum einen auf der Pyrolyse ionischer Flüssigkeiten, zum anderen auf der Soft-Template Methode unter Verwendung stickstoff- und kohlenstoffreicher Ausgangssubstanzen. Ein gradierter Aufbau der Katalysatorschichten über deren Dicke ermöglicht eine weitere Steigerung der Leistungsfähigkeit.

Hierzu wird die Schichtzusammensetzung an die im Betrieb zu erwartenden Anforderungen an Stofftransport und Stromdichte angepasst. Insgesamt wird angestrebt, durch diese Entwicklung sowohl die Haltbarkeit der Brennstoffzellen gegenüber dem aktuellen Stand der Technik zu steigern, als auch die erforderliche Menge an hochpreisigen Edelmetallkatalysatoren zu verringern.

Projektpartner:

  • Dechema Forschungsinstitut (DFI);
  • Universität des Saarlands (UDS); Lehrstuhl für Physikalische Chemie und Didaktik der Chemie; Arbeitsgruppe Herr PD. Dr. H. Natter
  • Zentrum für BrennstoffzellenTechnik ZBT GmbH; Abteilung Elektrochemie und Schichttechnik