Entwicklung eines Katalysator-Verbundsystems aus leitfähigem Polymer und Edelmetallkatalysator für die Anodenseite der PEM-Brennstoffzelle

Bild Forschungsprojekt
Laufzeit: 01.07.2001 - 30.06.2004
Partner:  -
Geldgeber: Deutsche Forschungsgemeinschaft
Bearbeiter: Prof. Dr. K. Jüttner
Arbeitsgruppe: Elektrochemie

Projektziel

Die Herstellung und Charakterisierung eines Katalysator-Verbundsystems für die Anwendung an der Anodenseite in einer PEM-Brennstoffzelle (Wasserstoff- und die Methanoloxidation).
In konventionellen PEM-Brennstoffzellen besteht die sog. Membranelektrodeneinheit (MEA) aus einem Verbund aus einer protonenleitenden Ionomermembran und einem auf leitfähigen Ruß geträgerten Platinkatalysator. Der Nutzungsgrad des Katalysators ist dabei entscheidend von der Kontaktzone Katalysator/Kohlenstoffträger/Membran abhängig, an der sowohl der Elektronentransfer als auch der Ionentransfer sowie der An- und Abtransport der Reaktanden und Produkte erfolgt. Leitfähige Polymere, wie Polypyrrol könnten als Katalysatorträgermaterial eine interessante Variante zum herkömmlichen Konzept darstellen. Durch Modifizierung des Polypyrrols mit Platin ergibt sich eine dreidimensionale Matrix, die mit katalytisch aktiven Edelmetall-Nanopartikeln beladen ist. Vorteile dabei sind die große Grenzfläche und ein verbesserter 3-Phasenkontakt. Durch synergistische Wechselwirkungen zwischen Katalysator und Polymer könnte auch die CO-Verträglichkeit und Katalysatorvergiftung durch Reaktionszwischenprodukte bei der Methanoloxidation verbessert werden.

Vorgehensweise

I. Optimierung der Herstellungsmethoden des Katalysator-Verbundsystems
II. Charakterisierung der Katalysatoraktivität und Aufklärung von Struktur-Wirkungsprinzipien
III. Nanoskaliges Polypyrrol und Platinkatalysator; Herstellung und Charakterisierung dieses neuartigen Katalysator-Verbundsystems
IV. Entwicklung einer Membran-Elektroden-Einheit aus Nafion-Membran + Polymer + Katalysator
V. Test der Membran-Elektroden-Einheit unter praxisnahen Bedingungen in einer Laborbrennstoffzelle.

Stand der Arbeiten

Das Katalysatorverbundsystem aus Platinpartikeln auf Polypyrrol wurde als Nanopartikel auf Kohlenstoff-Vliese oder als Schicht direkt auf Nafion-Membranen aufgebracht. An diesen Elektroden wurde die Methanol-Oxidation untersucht.

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