Strukturänderung des Kathodenkatalysators im Brennstoffzellenbetrieb mit in-situ Röntgenabsorptionsspektroskopie und Röntgenbeugung

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Nanodisperse Pt-, Pt-Legierungskatalysatoren (Pt-Co) sowie Chalkogenid-Systeme (RuxSey) sollen systematisch in-situ mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie und Röntgenbeugung untersucht werden, um zu einem besseren Verständnis der Kathodenprozesse im realen Brennstoffzellenbetrieb zu gelangen. Dazu soll eine spezielle in-situ Brennstoffzelle entwickelt werden, die sowohl für Röntgenbeugungs- als auch für Röntgenabsorptionsmessungen geeignet ist. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen dazu dienen, Alterungs- und Deaktivierungsprozesse des Kathodenkatalysators zu verstehen und einen effektiven und kostengünstigen Elektrokatalysator zu entwickeln, welcher einerseits bei hohen Potentialen oxidationsstabil ist und andererseits eine ausreichende Langzeitstabilität im Betrieb aufweist. Die Herausforderungen in der Entwicklung von Kathodenkatalysatoren in Membranbrennstoffzellen bestehen dabei a) in der Verminderung der Oxidation und somit Inaktivierung der katalytisch aktiven Pt-Oberfläche (Sauerstoffüberspannung) im Wasserstoff/Luft- bzw. Wasserstoff/Reformatbetrieb (PEMFC) und b) für Direktmethanolzellen (DMFQ in der Verbesserung der Selektivität für die Sauerstoffreduktion, um der gleichzeitigen Methanoloxidation infolge Methanoldurchtritts auf die Kathodenseite (Mischpotentialbildung) vorzubeugen.