Dieses Forschungsvorhaben besch\u00c3\u00a4ftigt sich mit der Entwicklung und Anwendung eines responsiven elektrochemischen Messsystems zur Charakterisierung und Bewertung der Aktivit\u00c3\u00a4t und Stabilit\u00c3\u00a4t von Nano-Elektrokatalysatoren f\u00c3\u00bcr Vanadium-Redoxflussbatterien (VRFB). Durch Erm\u00c3\u00b6glichen von potentiodynamischer und frequenzabh\u00c3\u00a4ngiger Elektroanalytik f\u00c3\u00bcr Mikro-\/Nanoelektroden und \u00e2\u20ac\u201c insbesondere \u00e2\u20ac\u201c Nanopartikeleinschlagsmessungen auf solchen soll der Vergleich von Katalysatormaterialien deutlich schneller, kosteng\u00c3\u00bcnstiger und aussagekr\u00c3\u00a4ftiger werden. Somit k\u00c3\u00b6nnen technisch geeignete katalytische Nanomaterialien aus der gro\u00c3\u0178en Menge an vorhandenen und laufenden Forschungsarbeiten identifiziert werden und zielgerichtet f\u00c3\u00bcr bestimmte Anwendungen weiterentwickelt werden. Eine vielversprechende elektrische Energiespeichertechnologie sind Redoxflussbatterien, die sich durch exzellente Skalierbarkeit in Leistung und Speicherinhalt, lange Lebensdauer und gutes Lastwechselverhalten auszeichnen. Es handelt sich dabei um elektrochemische Energiespeicher, in denen zwei Elektrolytfl\u00c3\u00bcssigkeiten bei unterschiedlichen elektrochemischen Potentialen an einer Elektrode umkehrbar reduziert bzw. oxidiert werden. Katalysatoren beschleunigen elektrochemische Reaktionen an der Elektrode, und erh\u00c3\u00b6hen so nicht nur die erreichbare Leistungsdichte, sondern \u00c3\u00bcben durch die Reduktion der elektrischen und elektrochemischen Verluste entscheidenden Einfluss auf den Wirkungsgrad und den Energiegehalt des Speichers aus. Daher finden sich in der wissenschaftlichen Literatur Untersuchungen unz\u00c3\u00a4hliger Materialien wie Palladium, Wolframtrioxid, Titandioxid, unter vielen anderen. Praktisch bew\u00c3\u00a4hrt hat sich bisher jedoch mehrheitlich die thermische und chemische Behandlung der Kohlenstoffelektrode. Bei einer \u00c3\u00bcblichen Testelektrode im Laborma\u00c3\u0178stab liegt ein enorm gro\u00c3\u0178es Ensemble von Katalysatorpartikeln vor, die sich in ihrer Form, Kontaktierung zur Elektrode und Diffusionsumgebung erheblich unterscheiden. In derartigen Tests wird daher ein Mischsignal als Summenstrom erfasst, aus dem die intrinsische elektrokatalytische Aktivit\u00c3\u00a4t von Nanomaterialien nicht zu ermitteln ist. Folglich sind die erhaltenen Ergebnisse kaum vergleichbar. Nano-Elektrokatalysatoren k\u00c3\u00b6nnen einzeln durch die Nanopartikel-Einschlagmethode untersucht werden, wodurch Aufschluss \u00c3\u00bcber die wahren Materialeigenschaften m\u00c3\u00b6glich wird. Dabei wird eine Suspension solcher Partikel in einer Elektrolytl\u00c3\u00b6sung mithilfe von Mikrometer gro\u00c3\u0178en Elektroden untersucht. Weiterer Vorteil der Verwendung von Mikroelektroden ist die stark verbesserte Diffusion zur Elektrode, wodurch h\u00c3\u00b6here Stromdichten erm\u00c3\u00b6glicht werden. So k\u00c3\u00b6nnen Elektrokatalysatoren vermessen werden, die sehr hohe katalytische Aktivit\u00c3\u00a4t aufweisen. Gleichzeitig werden g\u00c3\u00bcnstige Degradationsuntersuchungen bei hohen Stromdichten m\u00c3\u00b6glich, die f\u00c3\u00bcr den technischen Einsatz bedeutend sind, und h\u00c3\u00a4ufig mit hohem Zeit- und Kostenaufwand einhergehen. Diese F\u00c3\u00a4higkeit wird in dieser Forschungsarbeit hergestellt, denn bisher sind die meisten leistungsf\u00c3\u00a4higen elektrochemischen Untersuchungsmethoden aufgrund der kurzen Zeitskala und geringen Str\u00c3\u00b6me nicht f\u00c3\u00bcr Nanopartikel anwendbar. Es wird ein responsives elektrochemisches Messsystem entwickelt. Die automatisierte Durchf\u00c3\u00bchrung der Messung mithilfe eines Digital-Signaloszilloskops und Arbitr\u00c3\u00a4rgenerator erm\u00c3\u00b6glicht potentiodynamische Methoden, insbesondere elektrochemische Impedanzspektroskopie, auf der notwendigen kurzen Zeitskala und bei niedrigen absoluten Str\u00c3\u00b6men. Damit sind an Mikroelektroden bereits Degradationsuntersuchungen m\u00c3\u00b6glich. Mit der Detektion von Nanopartikeleinschl\u00c3\u00a4gen kann die intrinsische Aktivit\u00c3\u00a4t von Nano-Elektrokatalysatoren bestimmt werden, wodurch effizientes Screening und hohe Vergleichbarkeitder Ergebnisse erzielt wird. Die Methode wird elektrochemisch validiert und in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut UMSICHT auf vielversprechende Elektrokatalysatoren angewendet.
Hinsichtlich der Datenauswertung konnte bereits ein umfassender Datensatz aus elektrochemischen Impedanz- und Zyklovoltammetriedaten an mikropor\u00c3\u00b6sen Kohlenstoffelektroden erarbeitet werden, aus welchem durch Vergleich verschiedener Teile des EIS mit variierten elektrochemischen Parametern, insbesondere der Elektrolytleitf\u00c3\u00a4higkeit, die physikochemische Bedeutung von Teilen des EIS hervorgeht. Insbesondere der Realabschnitt des Spektrums konnte ausschlie\u00c3\u0178lich der Elektrolytleitf\u00c3\u00a4higkeit zugeordnet werden. Die Ergebnisse wurden auf dem International Workshop on Impedance Spectroscopy 2023 vorgestellt und ver\u00c3\u00b6ffentlicht.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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