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Optimierung und Charakterisierung bifunktionelle Sauerstoffkatalysatoren für Unitäre Reversible Brennstoffzellen

Art der Arbeit

Abschlussarbeit Master, Diplom oder Bachelor

Motivation

Um die Flexibilität erneuerbarer Energien zu erhöhen und deren Integration in bestehende Energienetze zu verbessern ist eine effiziente Zwischenspeicherung nötig. Wasserstoff als Energieträger der Zukunft hat dabei ein hohes Potential. Dieser kann in einer Unitären Reversiblen Brennstoffzelle im Wasserelektrolysemodus erzeugt und im selben System im Brennstoffzellenmodus erneut rückverstromt werden. Ein großer Forschungsbedarf besteht allerdings weiterhin in der Verbesserung der Sauerstoffelektrode, da sowohl die Sauerstoffreduktion (Brennstoffzelle), als auch die Sauerstoffentwicklung (Elektrolyse) jeweils die geschwindigkeitsbestimmenden Reaktionen sind.

In dieser Arbeit geht es um die Synthese und Charakterisierung von bifunktionellen Sauerstoffkatalysatoren und deren Optimierung in Bezug auf die Zusammensetzung der einzelnen aktiven Komponenten und des Trägers.

Vorhabensbeschreibung

Während der Arbeit sollen bifunktionelle Sauerstoffkatalysatoren mit verschiedenen Zusammensetzungen synthetisiert und physikalisch, sowie elektrochemisch charakterisiert werden. Dabei ist eine nasschemische Nanopartikelsynthese, sowie verschiedene Temperierungsprotokolle Teil der Aufgabe. Das Mischungsverhältnis der beiden aktiven Komponenten soll variiert werden, sowie die Gesamtbeladung auf dem Katalysatorträgermaterial. Die physikalische Charakterisierung soll z.B. durch XRD und BET Oberflächenbestimmung erfolgen. Für die elektrochemische Charakterisierung sollen Messungen an der rotierenden Scheibenelektrode durchgeführt werden. Dabei ist vor allem die Bifunktionalität, also das Verhältnis der Ströme bei Sauerstoffreduktion und Sauerstoffentwicklung, sowie die Stabilität bei Dauerbelastung auf einem Potential und bei häufig wechselnden Betriebsarten (Potentialen) zu untersuchen.    

Aufgaben

  • Vorbereitung und Durchführung der Katalysatorsynthese
  • Optimierung des Katalysatoren/Träger Mischungsverhältnis
  • Vorbereitung und Durchführung verschiedener elektrochemischer Messungen der Katalysatoren mit Hilfe der Rotierenden Scheibenelektrode
  • Vorbereitung und Durchführung Einzelzelltests
  • Aufarbeitung der Daten:
  • Analyse der Daten im Hinblick auf wichtige Eigenschaften, z.B. Strom-Spannungsverhalten, Bifunktionalität oder Stabilität
  • Graphische Aufarbeitung der Daten
     

Voraussetzungen

  • Studium der Chemie, Materialwissenschaften oder Vergleichbares
  • Laborerfahrung, insbesondere nasschemische Synthese
  • Elektrochemische Grundkenntnisse
  • Gute Sprachkenntnisse in Deutsch oder Englisch
  • Hohes Level an Motivation
  • Hohes Maß an Selbstständigkeit
  • Fähigkeiten im Bereich Team-Work und Kommunikation

Beginn

nach Absprache