Ex-situ Analyse von Katalysatoren mit XPS (ExsAKt)

Die notwendige signifikante Reduktion der Klimaemissionen erfordert den massiven Ausbau regenerativer Stromerzeuger. Die Stromverteilung und direkte Nutzung stand bislang im Mittelpunkt der Energiewende. In der aktuellen Diskussion zeigt sich aber immer deutlicher, dass auch die Mobilität einen weitaus höheren Beitrag zur Reduktion der CO2-Emissionen leisten muss. In diesem Zusammenhang spielt die Herstellung und Nutzung von Wasserstoff (H2) mittels Wasserelektrolyse eine zentrale Rolle. H2 kann mit hohem Wirkungsgrad (>75%) erzeugt und in effizienten Brennstoffzellen genutzt werden. Ferner kann H2 als Basis für zahlreiche synthetische Kraftstoffe oder (Grund-) Chemikalien eingesetzt werden (Power-to-Liquid, PtL). Um die Gesamteffizienz (und die Kosten) der Produktion von H2 (und in der Folge auch von CO2-basierten flüssigen Brennstoffen) zu verbessern, sind weitere Forschungsarbeiten erforderlich, um das Verhalten von Brennstoffzellen- und Elektrolysezellen-Katalysatoren unter verschiedenen Anwendungsbedingungen zu untersuchen und zu analysieren. In diesem Zusammenhang sind Daten, die von der Röntgenphotoelektronenspektroskopie (engl. X-Ray Photoelectron Spectroscopy, XPS) gewonnen werden, von höchster Bedeutung. Die XPS-Methode ist in besonderem Maße geeignet, um die chemische Zusammensetzung vor allem von Katalysatoren bzw. deren Oberflächenstruktur zu bestimmen. Übergeordnetes Ziel des ExsAKt-Projekts ist die experimentelle Untersuchung von elektrokatalytischen Materialien vorwiegend durch den Einsatz der oberflächensensitiven Technik XPS.

Ziel des ExsAKt-Projekts ist es, einen Charakterisierungsansatz für ORR (Oxygen Reduction Reaction)- und OER (Oxygen Evolution Reaction)-Elektrokatalysatoren durch den Einsatz von XPS zu entwickeln und zu bewerten. Ziel der XPS-Analyse ist es, zum besseren Verständnis von Leistungsänderungen sowohl in der Elektrolyse als auch in der Brennstoffzelle (an der Anode bzw. Kathode) beizutragen. Die Analyse und Verwendung von industriellen, kommerziell erhältlichen Katalysatoren, ergänzt durch aktuelle Beispiele, soll ein tieferes Verständnis der Katalysatoreigenschaften in Bezug auf die beobachtete elektrochemische Leistungsfähigkeit erhalten werden. Dieses Projekt soll sowohl OEMs als auch Elektrokatalysatorenfirmen bei der Entwicklung von OER- und ORR-relevanten Materialien unterstützen und damit zur Marktaktivierung beitragen. Als Konsequenz und übergreifendes Projektziel ist zu erwarten, dass die Projektergebnisse die deutsche Industrie bei der Stärkung ihrer globalen Position unterstützen werden. Insgesamt soll die Position der deutschen Zulieferindustrie im weltweiten Wettbewerb gestärkt werden.

Hinsichtlich der Sichtbarkeit dieses Projekts im Außenraum wird viel Wert auf die Kommunikation der Ergebnisse in Wissenschaft und Gesellschaft gelegt. Die Forschungsarbeiten sollen in Publikationen in international bekannten peer-reviewed Fachzeitschriften veröffentlicht werden. Neben Beiträgen auf Statusseminaren von PTJ / NOW werden darüber hinaus die Ergebnisse auf ausgewählten, hochrangigen, nationalen und internationalen wissenschaftlichen Konferenzen und Messen präsentiert.

Funding Code
03B11010

Partner Start of term End of term Funding amount
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung eingetragener Verein01.06.1831.05.212,108,387.00 €
2,108,387.00 €