Koordinationsfonds

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Turek
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie ; Technische Chemie
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276655287

Gasdiffusionselektroden (GDE) sind Schlüsselkomponenten in verschiedenen technisch bedeutsamen elektrochemischen Prozessen wie Brennstoffzellen, Metall-Luft-Batterien und Elektrolysen, denen im Hinblick auf die Herausforderungen der Energiewende eine besondere Bedeutung zukommt. In der Forschungsgruppe sollen beispielhaft silberbasierte GDE sowohl für die Sauerstoffreduktion als auch für die CO2-Elektrolyse in wässrigen Elektrolyten untersucht werden. Der Herstellprozess für GDE muss so gestaltet werden, dass hohe elektrokatalytische Aktivität, geringer elektronischer Widerstand sowie hohe chemische und mechanische Stabilität gewährleistet sind. Dabei kommt der Morphologie des Porensystems im Hinblick auf eine optimale Zugänglichkeit für Gase (hydrophob) und Flüssigkeiten (hydrophil) eine besondere Bedeutung zu, da die Ausdehnung der Dreiphasengrenze für die elektrochemischen Reaktionen maximiert werden muss. Eine detaillierte Beschreibung der Vorgänge in GDE war bisher wegen der Komplexität der ablaufenden Vorgänge, der fehlenden Möglichkeiten zur ortsaufgelösten in situ und in operando Beobachtung der Prozesse sowie der unzureichenden physikalisch-chemisch fundierten Modellierung auf verschiedenen Skalen nur eingeschränkt möglich. Die Forschungsgruppe bringt mit fundierten Kompetenzen im Bereich der Elektrodenpräparation, der Tomographie, der Modellierung von Phasenverteilung und Transport, der Mikroelektrochemie sowie der elektrochemischen Analyse und Modellierung von Mikro- und Makrokinetik erstmals alle erforderlichen Methoden zusammen, um die komplexe Interaktion von Reaktions- und Transportprozessen in GDE und ihren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit der Elektroden zu verstehen und quantitativ zu beschreiben. Im Koordinationsprojekt werden die Mittel zur Unterstützung der Zusammenarbeit der Gruppe und der zentralen Fertigung von Elektroden und Halbzellen beantragt.

• DFG-Verfahren: Forschungsgruppen
• Teilprojekt zu: FOR 2397: Multiskalen-Analyse komplexer Dreiphasensysteme