3D-Struktur-Eigenschafts-Beziehungen und Operando-Abbildung der Elektrolyt-Verteilung

• Antragsteller: Dr. Ingo Manke
• Fachliche Zuordnung: Chemische und Thermische Verfahrenstechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 276655287

Ziel dieses Teilprojektes ist es, zu einem grundlegenden Verständnis des Zusammenhangs zwischen Gas-/Flüssigkeitsverteilung in Ag-Gas-Diffusions-Elektroden (GDE) und ihrer Leistungsfähigkeit zu gelangen. Die exakte 3D-Verteilung von Flüssig- und Gas-Phase in dem Porensystem der Ag-GDEs bestimmt die Größe der katalytisch wirksamen Oberfläche an der sogenannten Dreiphasengrenze (Gas-Flüssigkeit-Silber) und ist damit ein entscheidendes Schlüsselelement zum Verständnis der Funktionsweise der GDEs. In Ag-GDEs hängt die Medien-Verteilung maßgeblich von der PTFE-Verteilung innerhalb des Silber-Porennetzwerks ab. Daher ist letztere zusammen mit weiteren Strukturparametern, wie z.B. die Porengrößenverteilung, auch entscheidend für eine mögliche zukünftige Verbesserung von GDEs.Zur Erreichung dieser Ziele werden zusammen mit TP3 Roth und TP1 Turek Operando-Messungen zur Analyse der Elektrolyt-Verteilung mittels Synchrotron-/Röntgen-Bildgebung durchgeführt. Zusätzlich werden das Porensystem und die PTFE-Verteilungen der GDEs mit hochauflösender (ca. 5 nm Auflösung) FIB/SEM-Tomographie untersucht und anschließend mit 3D-analytischen Verfahren quantitativ untersucht (z.B. Porengrößen- und Tortuositätsverteilungen, PTFE-Clustergrößen, Engstellen an Porenhälsen etc.). Die 3D-Daten dienen als Vorlage für realitätsnahe, realdaten-basierte Simulationen im TP5 Nieken, mit dem gemeinsam die möglichen 3D-Transport-Pfade für den Elektrolyten als auch für die Gase quantifiziert werden. Die Ergebnisse fließen schließlich in die Modelle in TP1 Turek und TP2 Krewer ein.

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