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Kathoden für Metall-Luft Batterien

Cathodes for metal-air batteries
 
: Flegler, Andreas
: Sextl, Gerhard; Busse, Matthias

:
Fulltext ()

Würzburg, 2019, 165 pp.
Würzburg, Univ., Diss., 2019
URN: urn:nbn:de:bvb:20-opus-192013
German
Dissertation, Electronic Publication
Fraunhofer IFAM ()

Abstract
In der vorliegenden Dissertation - Kathoden für Metall-Luft Batterien - steht die Komponente Gasdiffusionselektrode (GDE) – oftmals auch als Luft-Kathode bezeichnet – einer wässrigen Metall-Luft Batterie im Fokus.
Ziel dieser Arbeit ist die Synthese und Charakterisierung verschiedener Katalysatorsysteme für die Sauerstoffreduktion und -evolution. Dabei soll auf die Verwendung von Edelmetallen verzichtet und der Einsatz von verfügbaren und günstigen Materialien bzw. Herstellungsprozessen favorisiert werden. Auf Basis von bekannten Materialklassen sollen repräsentative Katalysatoren synthetisiert und ihre katalytischen Aktivitäten für die Sauerstoffreduktion und -evolution bestimmt werden. Im Detail wird eine mögliche Korrelation der strukturellen Eigenschaften der Katalysatoren auf die katalytische Aktivität untersucht. Auf Basis dieser Erkenntnisse sollen die Katalysatoren modifiziert werden, um die katalytischen Eigenschaften weiter zu optimieren. Um einen geschlossenen Entwicklungszyklus in dieser Arbeit realisieren zu können, wird parallel ein kostengünstiger und skalierbarer Herstellungsprozess von GDEs entwickelt.
Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, Konzepte für sekundäre Zink-Luft Energiespeicher zu erarbeiten und deren Umsetzung zu untersuchen. Dabei kommen die zuvor entwickelten Katalysatoren zum Einsatz.
Die vorliegende Arbeit gliedert sich, nach der Darlegung der relevanten Grundlagen mit Stand der Wissenschaft und Technik, in vier Teilkapitel, in denen die einzelnen Ziele adressiert sind. Dies sind die Erforschung reiner Katalysatoren und hybrider Katalysatoren sowie die Etablierung eines Herstellungsprozesses für GDEs und die Implementierung dieser in sekundäre Zink-Luft Energiespeicher. Die experimentellen Grundlagen befinden sich im darauffolgenden Kapitel.

 

The dissertation - Cathodes for metal-air batteries - focuses on the component gas diffusion electrode (GDE) - often referred to as air-cathode - of an aqueous metal-air battery. The aim of this work is the synthesis and characterization of different catalyst systems for the oxygen reduction reaction and oxygen evolution reaction. Instead of precious metals, available and cheap materials as well as low cost manufacturing processes are favored. Based on known material classes, representative catalysts will be synthesized and their catalytic activities for the oxygen reduction and evolution will be analyzed. In detail, a possible correlation of the structural properties of the catalysts with the catalytic activity is investigated. Based on these findings, the catalysts should be modified to further optimize the catalytic activity. In order to realize a closed development cycle in this thesis, a cost-effective and scalable manufacturing process for GDEs is being developed in parallel. Another goal of this work is to develop concepts for secondary zinc-air energy storage systems and to investigate their implementation. The present work is divided into four subchapters, in which the individual goals are addressed. These include research of pure catalysts and hybrid catalysts, as well as the establishment of a manufacturing process for GDEs and their implementation in secondary zinc-air energy storage systems.

: http://publica.fraunhofer.de/documents/N-581130.html