NIP-Vollversammlung und Statusseminar Brennstoffzelle

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1 NIP-Vollversammlung und Statusseminar Brennstoffzelle Neuartige hocheffiziente Katalysatoren für Brennstoffzellenanwendungen von Übermorgen Vom Modellsystem zum Realkatalysator Teil II NEOKAR II Berlin I Sprecher: Dr. R. Zuber / Projektleiter: Dr. D. Herein Unternehmen: Umicore AG & Co KG Förderkennzeichen: 03ET2035

2 Überblick Titel: Neuartige hocheffiziente Katalysatoren für Brennstoffzellenanwendungen von Übermorgen Vom Modellsystem zum Realkatalysator Teil II NEOKAR II Budget / Förderung: Mio / Mio Laufzeit: UAN: Universität des Saarlandes (bis Ende 2013) Prof. W.F. Maier/ Prof. K. Stöwe Technische Universität Chemnitz (ab 2014) Prof. K. Stöwe

3 Relevanz / Ziele Relevanz für das 6. Energieforschungsprogramm - Energiepolitische Bedeutung Energieeffizienz/Brennstoffzellenantriebe / Mobilität Forschung und Entwicklung zur Reduzierung der Kosten der automobilen Brennstoffzellenantriebe Ziele des Vorhabens Entwicklung von elektrisch leitfähigen stabilen oxidischen Trägermaterialien für Pt Elektrokatalysatoren als Ersatz der konventionellen kohlenstoff haltigen Trägermaterialien

4 Projektstruktur Vorgehen Methode / Technologie zur Materialentwicklung High through-put Synthese Screening von Elementkombinationen aus Wirtsoxiden und Dotierungselementen Variation / Optimierung der Stöchiometrien von möglichen Elementkombinationen zur Beeinflussung der Eigenschaften (elektrische Leitfähigkeit Stabilität) Bestimmung der Säurestabilität und elektrischen Leitfähigkeit Aufbringung von Platin Herstellung eines Pt Oxid Katalysators Bestimmung der katalytischen Eigenschaften insbesondere der Korrosionsstabilität des oxidischen Trägermaterials

5 Ergebnisse Untersuchte Elementkombinationen Ti, Zr, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Ru, Ir, Sn, Sbals dotierte Oxide (Wirt/Dot.) Vorauswahl nach wahrscheinlicher Säurestabilität Vorauswahl entsprechend theoretischer Eignung zur Erreichung von Leitfähigkeiten Ausschluss nicht stabiler Kombinationen aus Wirtsoxid und Dotierungselement ZrO 2 als Wirtsoxid nicht säurestabil RuO 2, MoO 3 als Wirtsoxid reduzierbar, danach nicht säurestabil V, Ru, Mo, Crals Dotierungselemente reduzierbar, danach nicht säurestabil

6 Ergebnisse Pulver Leitfähigkeiten Beispiel: Dotiertes SnO 2 nach N 2 Hochtemperatur Behandlung Probleme während Messung

7 Ergebnisse Pulver Stabilitätstest Löslichkeit und Leitfähigkeit Nb x SnO 2 nach N 2 Hochtemperatur Behandlung Anfangsleitfähigkeit ~1 S/cm 1 M HNO 3 1 M H 2 SO 4 RT 65 C RT 90 C Verlust an Sn 0,002 wt-% 0,001 wt-% 0,11 wt-% 0,002 wt-% Verlust an Nb 0,04 wt-% 0,04 wt-% 0,03 wt-% 0,03 wt-% Leitfähigkeit nachher S/cm 0,02 S/cm 0,0002 S/cm 0,37 S/cm 0,04 S/cm

8 Ergebnisse IrO 2 und IrO 2 TiO 2 einziges stabiles und leitfähiges oxydisches Trägermaterial Sb x SnO 2 leitfähiges Oxid mit teil löslichem Dotierungsmittel Sb Nicht dauerstabil! Weitere Optimierung zur Stabilisierung der Dotierung möglich? Alleanderen Elementkombinationen von dotierten Oxiden zeigen für die PEMBZ Anwendung zu geringe Leitfähigkeiten oder die Leitfähigkeit kann nicht dauerstabil realisiert werden. Erzeugung von Leitfähigkeit in Festkörpern teilweise unverstanden zukünftiger Forschungsbedarf

9 Öffentlichkeitsarbeit NOW/NIP Statusseminare Vortrag Projekt NEOKAR II BMWi Statusseminar, Berlin den Aktueller Vortrag

10 Ausblick Forschungsbedarf Erzeugung von Leitfähigkeit in Festkörpern (Pulver) Stabilisierung von Dotierung und Leitfähigkeit unter PEMBZ- Bedingungen Blick auf internationale Wettbewerber Japanische Forschungslandschaft inkl. Unternehmen (z.b. Showa Denko) TM-O x C y N z Übergangsmetall Oxo-Carbo-Nitride als stabile Trägermaterialien vorgestellt Ergebnisse sehr fragwürdig bzw. nicht nachvollziehbar

11 Danksagung Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Vielen Dank an das BMWifür die Förderung und an den PT Jülich für die gute Betreuung