Carbon-free bifunctional gas diffusion electrode for alkaline energy converter

Das Ziel dieser Arbeit, eine langlebige und kohlenstofffreie Gasdiffusionselektrode (GDE) für alkalische Energiewandler (Metall-Luft Batterie und/oder regenerative Brennstoffzellen) zu entwickeln, wurde erfolgreich abgeschlossen. Die von mir entwickelte bifunktionale kohlenstofffreie (KF-) GDE erzielte höhere Sauerstoffbildungs- (OER) und -reduzierungsreaktion (ORR) Aktivitäten und wies eine längere Langzeitstabilität als die Stand-der-Technik GDE (GDEref) auf. Diese geschichtete KF-GDE besteht aus drei unterschiedlichen einzelnen porösen Substraten, die elektrochemisch mit Manganoxid (MnOx) beschichtet und einige zusätzlich mit PTFE hydrophobiert worden sind. Hierfür wurden als erstes die Einstellungen für die Elektroabscheidungsmethode bestimmt, um eine standardisierte MnOx Schicht auf unterschiedliche poröse Substrate (Nickel-Schaum: Fo; gepresster Nickel-Schaum: Fop; Edelstahl-Vlies: Fle) aufbringen zu können. Diese wurden mit optischen Bildgebungsverfahren und elektrochemischen Methoden charakterisiert. Als Basis wurden Fo Substrate mit jeweils unterschiedlichen Elektroabscheidungseinstellungen untersucht. Die Einstellung HiFew (rscan = 50 mV s-1; Zyklenzahl = 500) hat eine MnOx Schicht auf Fo abgeschieden, die die geringsten Überpotentiale (ηOER = 0.43 V; ηORR = 2.43 V bei 10 mA cm- 2) im Vergleich zu den anderen Einstellungen vorweist (Figure 38). Zusätzlich ist die elektrochemische Stabilität dieser MnOx Schicht für 2100 Zyklen (1,5 V (OER) und – 0,75 V (ORR) vs. Hg/HgO 1 M NaOH, Figure 40) bestätigt worden. Als zweites wurden die Einflüsse der Porengröße und Oberflächeneigenschaften (hydrophob und hydrophil) auf die OER und ORR Aktivität der KF-GDEs untersucht, sowie die Designunterschiede von GDEref aufgezeigt. Hierfür sind die Elektrodenkörper (Fo, Fop und Fle) und deren Porengrößeneinfluss elektrochemisch untersucht und miteinander verglichen worden. Elektrolyt geflutete große Poren (500 – 600 μm) haben eine sehr große elektroaktive Oberfläche.