Laser-Sintern von Nanopartikeln

Für die Wasserstoffproduktion mittels Polymer-Elektrolyt-Membran- (PEM-) Wasserelektrolyse werden korrosionsbeständige poröse Materialien für den Einsatz als Anoden-Elektroden benötigt. Hierfür eignet sich unter anderem Titan. An der Grenzfläche zwischen diesen porösen Transportschichten und den protonenleitenden Membranen befinden sich Katalysatorschichten. Die einzelnen Katalysatorpartikel sind dabei nur wenige Nanometer groß, um eine möglichst hohe spezifische Oberfläche für einen möglichst hohen Stoffumsatz und damit für eine möglichst effizient laufende Elektrolyseur-Zelle zu erzielen.

Innerhalb des Forschungsvorhabens „IT-PEM 2.0“ (IGF-Vorhaben Nr. 21312 N) wird die Möglichkeit untersucht, an der Oberfläche von porösen Titanmaterialien Katalysatorträgerstrukturen aus sub-stöchiometrischen Titanoxid-Nanopartikeln zu erzeugen. Auf diese wird im Anschluss ein Iridium-/Ruthenium-Katalysator galvanisch aufgebracht, um so eine möglichst hohe spezifische Oberfläche bei möglichst geringem Einsatz von wertvollem und teurem Edelmetall zu erzielen.

Die Titanoxid-Nanopartikel werden mittels eines Laser-Sinter-Prozesses metallisch mit dem Substrat verbunden. Da dieser Prozess unter einer definierten Atmosphäre stattfinden muss, wurde die Laseranlage in einen Glovebox-Aufbau integriert. Der Einfluss der einstellbaren Parameter der Laseranlage auf den Sinterprozess wird aktuell im Rahmen einer Bachelor-Arbeit untersucht. Hierfür wird Titanoxid-Nanopulver zunächst auf eine glatte und anschließend auf eine poröse Titanoberfläche aufgebracht und anschließend bei variierenden Parametern gesintert. Die Versuche werden im Wasserstofflabor der Westfälischen Hochschule auf dem Campus in Gelsenkirchen durchgeführt, die Auswertung erfolgt mittels eines Raster-Elektronen-Mikroskops im Haus.

Weiterführende Links:

https://www.w-hs.de/wei/arbeitsgruppenseiten/wasserstoffenergiesysteme/