Graphitic, porous carbons for catalysts with increased stability in the proton exchange membrane fuel cell
Final Report Abstract
Die Synthese von carbid-abgeleiteten Kohlenstoffen basierend auf Carbiden mit NaCl Kristallstruktur und bei Temperaturen von 1000 bis 1600 °C ermöglicht die Synthese einer großen Bandbreite an porösen Kohlenstoffen mit variabler mikro- bis mesoporöser Porenstruktur und amorphen bis kristallinen Charakter. Die Temperatur für den Übergang von amorphen & mikroporösen zu kristallinen & mesoporösen Materialien variiert je nach Ausgangskarbid deutlich. Eine Korrelation zwischen dem ursprünglichen C-C Abstand im Carbidpräkursor zur Übergangstemperatur konnte für die NaCl Carbide abgeleitet werden. Das Entkoppeln der resultierenden Materialeigenschaften ist hierbei teilweise möglich, aber deutlich eingeschränkt. Dieser Temperaturbereich wurde für CDCs erstmalig detailliert untersucht und ein großer Satz an Charakterisierungsdaten über ein Repository zur Verfügung gestellt. Die Kohlenstoffmaterialien zeigten bereits in der Platinabscheidung einen Einfluss auf die resultierende Pt Kristallitgröße und Anfangsaktivität in der ORR. Weiterhin ergaben sich für die Entwicklung der elektrochemischen Oberfläche, Doppelschichtkapazität als Maß für die Kohlenstoffoberfläche und Aktivität deutlich unterschiedliche Einflüsse des ursprünglichen Trägers und resultierenden Katalysators. Da in der Synthese die Materialeigenschaften, wie für viele Katalysatorsynthesen, nicht direkt entkoppelt werden konnten, zeigten sich nicht eindimensionale Struktur-Wirk-Beziehungen. Ein detaillierter Datensatz, welcher die Eigenschaften des Kohlenstoffträgers mit den resultierenden Materialeigenschaften der Katalysatoren und der späteren Leistung in Aktivitäts- und Stabilitätstests verknüpft, wurde generiert, um diese mehrdimensionalen Abhängigkeiten zukünftig ableiten zu können.
Publications
- „Graphitization of Activated Carbons via Vacuum Annealing“. Carbon Conference (2018), Madrid, Spanien
H. Christians, C. Prössl, J. Gläsel, B.J.M. Etzold
- „Graphitization of Activated Carbons via Vacuum Annealing“. ProcessNet-Jahrestagung und 33. DECHEMA-Jahrestagung der Biotechnologen (2018), Aachen, Deutschland
H. Christians, J. Gläsel, B.J.M. Etzold
- Mesoporous and crystalline carbide-derived carbons: Towards a general correlation on synthesis temperature and precursor structure influence. Carbon 175 (2021) 215-222
Hauke Christians, Kai Brunnengräber, Jan Gläsel, Bastian. J.M. Etzold
(See online at https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.01.003)
