Strukturelle und elektrochemische Charakterisierung von Pt/X-Katalysatoren für Membran-Brennstoffzellen

Damit die Brennstoffzelle im Wettbewerb mit dem konventionellen Verbrennungsmotor bestehen kann, müssen ihre Kosten erheblich reduziert werden. Aus diesem Grund werden Forschungen an neuen Katalysatoren durchgeführt, die auch bei Verwendung von kostengünstigem Reformatgas bzw. Methanol eine gute Leistung zeigen. Bei Verwendung von reinen Platinkatalysatoren an der Anode im Reformatgas oder Methanolbetrieb wird eine Vergiftung der aktiven Platinzentren durch Kohlenmonoxid beobachtet, was zu einer Leistungsminderung der Zelle führt. Durch Zusatz eines oder mehrerer weiterer Metalle zum Platinkatalysator konnte die CO-Empfindlichkeit verringert (cokatalytischer Effekt). In der vorliegenden Arbeit wurden verschiedene binäre und ternäre Katalysatoren hergestellt und mit einer Kombination mehrerer Methoden strukturell und elektrochemisch charakterisiert. Durch Imprägnierung eines rußgeträgerten Platin-Katalysators mit Metall-Phthalocyaninen (Metall = Ni und Co) wurde versucht, ein nicht-Edelmetall zum Platin hinzuzufügen und unter Zellbedingungen zu stabilisieren. Die erhaltenen Katalysatoren wurden bei 700°C unter Stickstoffatmosphäre temperaturbehandelt und wiesenbessere katalytische Aktivitäten auf als der reine Platin-Katalysator. Mittels Hydrazin-Fällung wurde das ternäre System Pt/Ru/Mo mit unterschiedlichen Zusammensetzungen präpariert und der Effekt des dritten Metalls untersucht. Aus elektrochemischen Untersuchungen ging hervor, dass besonders kleine Mengen an Mo die Leistung der Zelle verbessern. Vermehrter Zusatz des Drittmetalls scheint dagegen katalytisch aktive Zentren abzudecken. Einfache Mischungen rußgeträgerter Pt- und Ru-Katalysatoren mit verschiedenen Partikelgrössen zeigten einer kommerziellen Pt-Ru Legierung vergleichbare katalytische Aktivitäten. Diese Erkenntnisse könnten in der Zukunft die Katalysatorsynthese entscheidend vereinfachen