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Katalysatorentwicklung für die anodische Oxidation von Methanol und CO-haltigem Wasserstoff in Membranbrennstoffzellen

Goetz, Michael :
Katalysatorentwicklung für die anodische Oxidation von Methanol und CO-haltigem Wasserstoff in Membranbrennstoffzellen.
[Online-Edition: urn:nbn:de:tuda-tuprints-697]
Technische Universität , Darmstadt
[Dissertation], (2000)

Offizielle URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-697

Kurzbeschreibung (Abstract)

Ziel der Arbeit war die Entwicklung von Anodenkatalysatoren zur elektrochemischen Oxidation von CO-haltigem Wasserstoff sowie Methanol in Membranbrennstoffzellen. Zu diesem Zweck wurden mittels einer Kolloidmethode, die sich für die Synthese von nanodispersen Legierungen eignet, die binären Katalysatoren Pt/Ru, Pt/Sn, Pt/V, Pt/Mo, Pt/Pd und Pt/Ni und sowie die ternären Systeme Pt/Ru/Sn, Pt/Ru/W und Pt/Ru/Mo hergestellt. Unter Verwendung dieser Katalysatoren wurden nach einem Sprühverfahren Elektrode-Membran-Elektrode-Einheiten hergestellt und in Einzelzellblöcken mit H2/150 ppm CO sowie mit Methanol als Brennstoff betrieben. Für die Elemente Ru, Mo, W und Ni konnten cokatalytische Aktivitäten für die Oxidation beider Brennstoffe nachgewiesen werden, während das Element Sn nur für die Oxidation von CO-haltigem Wasserstoff eine cokatalytische Aktivität aufwies. Aktivstes Katalysatorsystem war Pt/Ru/W, welches bei geeignetem Wolframgehalt erheblich aktiver war als ein kommerziell erhältlicher Pt/Ru-Katalysator, der den Stand der Technik repräsentierte. In einem weiteren Teil der Arbeit wurden makrocyclische Übergangsmetallkomplexe auf ihre cokatalytische Aktivität für die anodische CO- und Methanoloxidation an Platin untersucht. Die Komplexe Nickelphthalocyanintetrasulfonsäure, Cobaltphthalocyanin und Rhodiumtetraphenylporphin zeigten cokatalytische Aktivitäten für die H2/CO- und Methanoloxidation, die allerdings deutlich geringer waren als die Aktivität von Ruthenium. Parallel zu den Untersuchungen in Einzelzellen wurden Kurzzeitversuche zur anodischen Methanoloxidation an katalysatorbeschichteten Glaskohlenstoffelektroden durchgeführt, um die Aussagekraft dieser in der Literatur verbreiteten Meßmethode zu beurteilen. Dabei zeigte sich, daß die Ergebnisse der Kurzzeitmessungen nicht immer mit den Ergebnissen der Langzeitmessungen in Einzelzellen übereinstimmten und daher eine Beurteilung der Katalysatoraktivität aufgrund von Kurzzeitmessungen in Halbzellen nicht zulässig ist.

Typ des Eintrags: Dissertation
Erschienen: 2000
Autor(en): Goetz, Michael
Titel: Katalysatorentwicklung für die anodische Oxidation von Methanol und CO-haltigem Wasserstoff in Membranbrennstoffzellen
Sprache: Deutsch
Kurzbeschreibung (Abstract):

Ziel der Arbeit war die Entwicklung von Anodenkatalysatoren zur elektrochemischen Oxidation von CO-haltigem Wasserstoff sowie Methanol in Membranbrennstoffzellen. Zu diesem Zweck wurden mittels einer Kolloidmethode, die sich für die Synthese von nanodispersen Legierungen eignet, die binären Katalysatoren Pt/Ru, Pt/Sn, Pt/V, Pt/Mo, Pt/Pd und Pt/Ni und sowie die ternären Systeme Pt/Ru/Sn, Pt/Ru/W und Pt/Ru/Mo hergestellt. Unter Verwendung dieser Katalysatoren wurden nach einem Sprühverfahren Elektrode-Membran-Elektrode-Einheiten hergestellt und in Einzelzellblöcken mit H2/150 ppm CO sowie mit Methanol als Brennstoff betrieben. Für die Elemente Ru, Mo, W und Ni konnten cokatalytische Aktivitäten für die Oxidation beider Brennstoffe nachgewiesen werden, während das Element Sn nur für die Oxidation von CO-haltigem Wasserstoff eine cokatalytische Aktivität aufwies. Aktivstes Katalysatorsystem war Pt/Ru/W, welches bei geeignetem Wolframgehalt erheblich aktiver war als ein kommerziell erhältlicher Pt/Ru-Katalysator, der den Stand der Technik repräsentierte. In einem weiteren Teil der Arbeit wurden makrocyclische Übergangsmetallkomplexe auf ihre cokatalytische Aktivität für die anodische CO- und Methanoloxidation an Platin untersucht. Die Komplexe Nickelphthalocyanintetrasulfonsäure, Cobaltphthalocyanin und Rhodiumtetraphenylporphin zeigten cokatalytische Aktivitäten für die H2/CO- und Methanoloxidation, die allerdings deutlich geringer waren als die Aktivität von Ruthenium. Parallel zu den Untersuchungen in Einzelzellen wurden Kurzzeitversuche zur anodischen Methanoloxidation an katalysatorbeschichteten Glaskohlenstoffelektroden durchgeführt, um die Aussagekraft dieser in der Literatur verbreiteten Meßmethode zu beurteilen. Dabei zeigte sich, daß die Ergebnisse der Kurzzeitmessungen nicht immer mit den Ergebnissen der Langzeitmessungen in Einzelzellen übereinstimmten und daher eine Beurteilung der Katalysatoraktivität aufgrund von Kurzzeitmessungen in Halbzellen nicht zulässig ist.

Ort: Darmstadt
Verlag: Technische Universität
Freie Schlagworte: fuel cell, electrocatalysis, methanol, carbon monoxide
Fachbereich(e)/-gebiet(e): Fachbereich Chemie
Hinterlegungsdatum: 17 Okt 2008 09:20
Offizielle URL: urn:nbn:de:tuda-tuprints-697
Gutachter / Prüfer: Wendt, Prof. Dr. Hartmut ; Martin, Prof. Dr. Manfred
Datum der Begutachtung bzw. der mündlichen Prüfung / Verteidigung / mdl. Prüfung: 5 Juni 2000
Alternatives oder übersetztes Abstract:
AbstractSprache
Aim of this work was to develop anode catalysts for the electrochemical oxidation of CO-contaminated hydrogen and methanol in proton exchange membrane fuel cells. Therefore the binary catalyst formulations Pt/Ru, Pt/Sn, Pt/V, Pt/Mo, Pt/Pd and Pt/Ni as well as the ternary formulations Pt/Ru/Sn, Pt/Ru/W and Pt/Ru/Mo were prepared using a colloid method suitable for the preparation of nanodisperse alloys. With these catalysts, membrane-electrode-assemblies were manufactured by a spraying method and operated in single cell blocks using H2 containing 150 ppm CO and methanol as fuels. In case of the elements Ru, Mo, W and Ni cocatalytic activities were found for both reactions, whereas Sn was only active for the oxidation of H2/150 ppm CO. The best catalyst system was Pt/Ru/W, which was considerably more active than a commercial Pt/Ru catalyst representing the state of the art. Furthermore, a number of macrocyclic transition metal complexes were investigated towards their cocatalytic activites for anodic oxidation of H2/CO and Methanol at platinum. For nickelphthalocyanintetrasulfonic acid, cobaltphthalocyanin and sulfonated rhodiumtetraphenylporphin some cocatalytic activity was found for both reactions, but was not as high as the activity of Ru. In parallel to the single cell-experiments short term experiments on methanol oxidation in an electrochemical half cell were performed to judge this method which is widely used in literature. It turned out that the results of these experiments were not always in agreement with the data derived from long-term measurements in single cells. Therefore, this method is not suitable to determine the activity of electrocatalysts for anodic methanol oxidation.Englisch
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