Herstellung und in-situ Charakterisierung von Katalysator-Sputterschichten sowie deren elektrochemische Leistungsfähigkeit in Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzellen

Die vorliegende Dissertation behandelt die Synthese sowie die chemische, strukturelle und elektrochemische Charakterisierung von durch das Gasfluss- Sputtern hergestellten nano-partikulären platinbasierten Schichten. Die mit verschiedenen Platin- und Platin-Kobalt-Beladungen hergestellten Sputterschichten werden zunächst direkt auf kohlenstoffbasierten Fasersubstraten abgeschieden. Ohne vorigen Umgebungskontakt stellen die Schichten im Anschluss an ihre Synthese ihre katalytische Eignung mittels einer gaskatalytischen Reaktion (Platinkatalysierte Wasserstoff-Oxidation bei vorgegebenen Eduktverhältnissen) und einer zeitaufgelösten quantitativen Messung der Reaktandenkonzentrationen (in-situ Charakterisierung) unter Beweis. In einem Anwendungsbeispiel werden die gesputterten Schichten in Polymer-Elektrolytmembran-Brennstoffzellen (PEMFCs) eingesetzt und durch die Aufnahme von Strom-Spannung-Kurven Aussagen über deren elektrochemische Leistungsfähigkeit ermöglicht. Etwaige sich aus dem Anlagenaufbau und den Prozessbedingungen ergebende Besonderheiten, die Einfluss auf die Schichtsynthese und die in-situ Charakterisierung der Schichten haben, finden durch eine CFD-Simulation theoretische Betrachtung. Die Kombination aller Untersuchungen erlaubt eine Bewertung des Gasfluss-Sputterns hinsichtlich seiner Eignung, die Platinbeladung in PEMFCs zu verringern.