Operando Spektroskopie von Phosphorspezies an der Pt Elektrode/Elektrolyt Grenzfläche in HT-PEM Brennstoffzellen

• Antragstellerinnen / Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Marcus Bär; Professorin Dr.-Ing. Christina Roth
• Fachliche Zuordnung: Physikalische Chemie von Festkörpern und Oberflächen, Materialcharakterisierung ; Analytische Chemie ; Experimentelle Physik der kondensierten Materie ; Physikalische Chemie von Molekülen, Flüssigkeiten und Grenzflächen, Biophysikalische Chemie
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 411768034

Das Verbundprojekt befasst sich mit den fundamentalen Aktivierungs- und Degradationsmechanismen an der Elektrode / Elektrolyt-Grenzfläche in Hochtemperatur-Polymerelektrolytmembran-Brennstoffzellen (HT-PEM). Es kombiniert das umfangreiche Know-how von drei Gruppen in der Materialsynthese, der Operando-Charakterisierung und der elektrochemischen Untersuchung, um das detaillierte Verständnis der zugrundeliegenden chemischen Reaktionsmechanismen zwischen Phosphoroxosäuren und der Platinelektrodenoberfläche unter Betriebsbedingungen zu untersuchen und zu verbessern. Dazu wird die experimentelle Expertise der deutschen PIs in der harten und weichen Röntgenspektroskopie durch die renommierte Elektrochemie- und Brennstoffzellen-Erfahrung der tschechischen Gruppe kombiniert und erweitert. Die AG Roth nutzt ihr Know-how in der Operando-Analyse mittels harter Röntgenabsorptions-Feinstrukturanalyse (XAFS) an der Platin-L2,3-Kante, um gezielt zu untersuchen, wie sich die geometrische und elektronische Struktur des Platin- sowie des Platin-Legierungs-Nanopartikel-Katalysators unter Betriebsbedingungen verändert. AG Bär wird mit ihrer Weichröntgen-Expertise in enger Zusammenarbeit mit der AG Roth eine In-situ-Zelle entwickeln, die es ermöglicht, gezielt die Phosphor-K-Kante mittels Nahkanten-Röntgenabsorptions-Feinstruktur Spektroskopie (NEXAFS) zu untersuchen. Diese Messungen versprechen Rückschlüsse auf die Wechselwirkungen zwischen Pt-Elektrodenoberfläche und Elektrolyt, d.h. Phosphorsäure und anderen Phosphorspezies, die für den HT-PEM-Brennstoffzellenbetrieb relevant sind. AG Bouzek wird die Erkenntnisse aus diesen anspruchsvollen Charakterisierungstechniken nutzen, um neue Materialien sowie optimierte Betriebsparameter vorzuschlagen, um Vergiftungs- und Degradationsphänomene in Brennstoffzellensystemen mit Phosphorsäure-imprägnierten Protonenaustauschmembranen zu reduzieren. Dies könnte in Zukunft dazu beitragen, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (microCHP) auf der Basis von HT-PEM als hocheffiziente und umweltneutrale Komponente der dezentralen Energieversorgung auf Basis erneuerbarer Energiequellen einzuführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Tschechische Republik
• Partnerorganisation: Czech Science Foundation
• Kooperationspartner: Professor Dr. Karel Bouzek