Charakterisierung von neuen Materialien für energietechnologische Anwendungen

Abbildung 1 a) SEM-Bild von einem Katalysator nach der Elektrolyse mit einer Stromdichte von 400 mAcm-2 für 1 h b) High-angle annular dark-field scanning transmission electron microscope -(HAADF STEM) Aufnahmen von einem einzigen Katalysatorpartikel kombiniert mit EDS Übersichten der Elemente Silber (grün) und Kupfer (blau). Die weißen Pfeile im HAADF Bild zeigen die in situ geformten Ausscheidungen an der Oberfläche [2].

Neue Materialien für energietechnologische Anwendungen spielen eine entscheidende Rolle in der Speicherung und Umwandlung von fossilen und erneuerbaren Energien. Vor allem die Nachfrage nach erneuerbaren Energien wird in den nächsten Jahren steigen. Elektrochemische Komponenten wie beispielsweise Brennstoffzellen und Elektrolyseure erleichtern die Umwandlung von Energie in der chemischen Industrie. Sie ermöglichen die Produktion von Elektrizität, Wasserstoff oder chemischen Bestandteilen, die als Rohstoff für viele Prozesse benötigt werden. In Kollaboration mit dem Helmholtz-Institut Erlangen-Nürnberg für Erneuerbare Energien werden 3D Strukturen von elektrochemischen Komponenten wie zum Beispiel die Proton Exchange Membrane Brennstoffzelle (engl. proton exchange membrane fuel cells, PEMFC) und die Elektrolyseure auf der mikro- und atomaren Ebene durch ein Rasterelektronenmikroskop in Kombination mit einem fokussierten Ionenstrahl (SEM/FIB), energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDS) und Atomsondentomographie (APT) untersucht und charakterisiert.  Durch das Verständnis wie sich die Struktur in Abhängigkeit der elektrochemischen Reaktion oder unterschiedlichen Betriebsparametern entwickelt, wird es möglich sein die optimalen Parameter (z. B. Katalysator und Porengrößenverteilung, Schichtdicke) zu ermitteln. Von besonderem Interesse ist dabei die Oberflächenchemie und die Struktur der Elektrokatalysatorenum ein fundamentales Verständnis aufzubauen, um damit die Leistung zu verbessern und die Entwicklung von geeigneten Katalysatoren zu fördern.

Zugehörige Veröffentlichungen

  • T. Li, O. Kasian, S. Cherevko, S. Zhang, S. Geiger, C. Scheu, P. Felfer, D. Raabe, B. Gault & K. J. J. Mayrhofer. Atomic-scale insights into surface species of electrocatalysts in three dimensions. Nat Catal1, 300–305 (2018). https://doi.org/10.1038/s41929-018-0043-3
  • Martić, N., C. Reller, C. Macauley, M. Löffler, A. Reichert, T. Reichbauer, K. Vetter, B. Schmid, D. McLaughlin, P. Leidinger, D. Reinisch, C. Vogl, K. J. J. Mayrhofer, I. Katsounaros, and G. Schmid. “Ag2Cu2O3 – a catalyst template material for selective electroreduction of CO to C2+ products.” (2020). Energy Environ. Sci.. 13, 2993-3006. https://doi.org/10.1039/D0EE01100B
  • Martić, N., C. Reller, C. Macauley, M. Löffler, B. Schmid, D. Reinisch, E. Volkova, A. Maltenberger, A. Rucki, K. J. J. Mayrhofer, and G. Schmid. “Paramelaconite-Enriched Copper-Based Material as an Efficient and Robust Catalyst for Electrochemical Carbon Dioxide Reduction.” (2019) Advanced Energy Materials. Vol. 9, 1901228. https://doi.org/10.1002/aenm.201901228