Experimentelle Untersuchungen zur technischen Machbarkeit der elektrochemischen CO2-Reduktion:
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Stuttgart
2019
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|---|---|
| adam_text | INHALTSVERZEICHNIS
D
ANKSAGUNG
............................................................................................................
III
A
BBILDUNGSVERZEICHNIS
........................................................................................
VII
T
ABELLENVERZEICHNIS
.............................................................................................
XI
A
BKUERZUNGSVERZEICHNIS
......................................................................................
XIII
G
ROEBENVERZEICHNIS
...............................................................................................
XV
1
Z
USAMMENFASSUNG
............................................................................................
1
2
S
UMMARY
.............................................................................................................
3
3
E
INLEITUNG
UND
A
UFGABENSTELLUNG
................................................................
5
4
G
RUNDLAGEN
ELEKTROCHEMISCHER
R
EAKTIONEN
..............................................
9
4.1
PROZESSGROESSEN
.............................................................................................
9
4.2
ELEKTROLYTISCHE
DOPPELSCHICHT
..................................................................
12
4.3
ELEKTRODENKINETIK
.......................................................................................
14
4.4
ELEKTROCHEMISCHE
CO2-REDUKTION
............................................................
18
4.4.1
LITERATURUEBERSICHT
...........................................................................
20
4.4.2
CO2-REDUKTION
IN
WAESSRIGEN
SYSTEMEN
.......................................
21
4.4.3
MECHANISTISCHE
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
WAESSRIGEN
CO2-REDUKTION25
4.4.4
CO2-REDUKTION
IN
APROTISCHEN
SYSTEMEN
.....................................27
4.4.5
CO2-REDUKTION
IN
DER
GASPHASE
...................................................28
5
A
UFBAU
UND
D
ESIGN
ELEKTROCHEMISCHER
Z
ELLEN
........................................
29
5.1
KOMPONENTEN
ELEKTROCHEMISCHER
ZELLEN
.................................................
29
5.1.1
FLUESSIGELEKTROLYTE
...........................................................................
29
5.1.2
FESTELEKTROLYTE
.................................................................................
30
5.1.3
ELEKTROKATALYSATOREN
.......................................................................30
5.1.4
ELEKTRODEN
.......................................................................................33
5.1.5
MEMBRAN-ELEKTRODEN-EINHEIT
.........................................................
35
5.1.6
GASDIFFUSIONSELEKTRODEN
.................................................................37
5.2
DESIGN
ELEKTROCHEMISCHER
ZELLEN
............................................................
40
6
G
ANZHEITLICHES
K
ONZEPT
................................................................................
46
7
E
XPERIMENTELLER
T
EIL
.....................................................................................
48
7.1
CHEMIKALIEN-
UND
MATERIALLISTE
.................................................................
48
IV
7.2
PRAEPARATION
KOHLENSTOFFGETRAEGERTER
ELEKTROKATALYSATOREN
......................
49
7.2.1
FUNKTIONALISIERUNG
DER
TRAEGERMATERIALIEN
.....................................
49
7.2.2
METALLKATALYSATOREN
GETRAEGERT
AUF
VULCAN
XC-72
.........................
49
7.2.3
METALLKATALYSATOREN
GETRAEGERT
AUF
AKTIVKOHLE
................................
50
7.3
ELEKTRODENFERTIGUNG
...................................................................................
51
7.3.1
MEMBRAN-ELEKTRODEN-EINHEITEN
.....................................................
51
7.3.2
GASDIFFUSIONSELEKTRODEN
.................................................................
53
7.4
ELEKTROCHEMISCHE
UNTERSUCHUNGEN
ZUR
CCH-REDUKTION
.......................
55
7.4.1
BESCHREIBUNG
DES
VERSORGUNGSSYSTEMS
......................................
55
7.4.2
BATCHMESSUNGEN
AN
VOLLMETALL-SCHEIBENELEKTRODEN
IN
WAESSRIGEM
ELEKTROLYTEN
..................................................................
56
7.4.3
KONTINUIERLICHE
MESSUNGEN
AN
MEMBRAN-ELEKTRODEN-EINHEITEN
.
57
7.4.4
SEMI-BATCH-MESSUNGEN
AN
GASDIFFUSIONSELEKTRODEN
..................62
7.4.5
REFERENZELEKTRODEN
........................................................................
66
7.4.6
MESSUNGEN
DES
ELEKTROLYTWIDERSTANDS
.........................................
66
7.5
AUSWERTUNGS-
UND
CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN
...................................68
7.5.1
CHARAKTERISIERUNGSMETHODEN
DER
TRAEGER-
UND
KATALYSATORMATERIALIEN
....................................................................
68
7.5.2
ANALYTISCHE
VERFAHREN
....................................................................
70
7.5.3
BERECHNUNG
DER
FARADAY-AUSBEUTE/STROMAUSBEUTE
................... 73
7.5.4
PRODUKTIVITAET
....................................................................................74
8
E
RGEBNISSE
DER
C
HARAKTERISIERUNG
DER
M
ATERIALIEN
................................76
8.1
KATALYSATORTRAEGER
.......................................................................................
76
8.1.1
FUNKTIONALISIERUNG
DER
TRAEGERMATERIALIEN
.....................................
76
8.1.2
ZUSAMMENSETZUNG
DER
TRAEGERMATERIALIEN
....................................
77
8.1.3
STRUKTUR
UND
MORPHOLOGIE
DER
TRAEGERMATERIALIEN
......................... 78
8.1.4
SPEZIFISCHE
OBERFLAECHE
DER
TRAEGERMATERIALIEN
.............................
61
8.2
ELEKTROKATALYSATOREN
.................................................................................
83
8.2.1
BESTIMMUNG
DES
METALLGEHALTS
DER
KATALYSATOREN
......................
83
8.2.2
STRUKTUR
DER
METALL/TRAEGER-KATALYSATOREN
..................................... 83
8.2.3
MORPHOLOGIE
UND
PARTIKELGROESSE
DER
ELEKTROKATALYSATOREN
............87
8.3
ELEKTRODENFERTIGUNG
...................................................................................
91
8.3.1
MEMBRAN-ELEKTRODEN-EINHEITEN
.....................................................
91
8.3.2
GASDIFFUSIONSELEKTRODEN
.................................................................92
V
9
E
RGEBNISSE
ZUR
ELEKTROCHEMISCHEN
CO
2
-R
EDUKTION
..............................
101
9.1
BATCH-MESSUNGEN
AN
VOLLMETALL-SCHEIBENELEKTRODEN
IN
WAESSRIGEM
ELEKTROLYTEN
..............................................................................................
101
9.1.1
CV-MESSUNGEN
.............................................................................
101
9.1.2
GALVANOSTATISCHE
ELEKTROLYSEMESSUNGEN
...................................
104
9.2
CO2-REDUKTION
IN
DER
GASPHASE
AM
ZELLDESIGN
BASIEREND
AUF
EINER
PEM-ELEKTRODE
........................................................................................
105
9.2.1
VORUNTERSUCHUNGEN
AN
METALLFREIEN
VULCAN-XC-72-ELEKTRODEN
106
9.2.2
UNTERSUCHUNG
DER
KATALYSATORAKTIVITAET
ZUR
CO2-REDUKTION
........
108
9.3
CC 2-REDUKTION
IN
DER
GAS-/FLUESSIGPHASE
AM
ZELLDESIGN
BASIEREND
AUF
EINER
PEM-ELEKTRODE
.......................................................................
112
9.4
CO2-REDUKTION
MIT
DEM
ZELLDESIGN
BASIEREND
AUF
EINER
GASDIFFUSIONSELEKTRODE
.........................................................................
117
9.4.1
ELEKTRODENSTABILITAET
UND
-AKTIVITAET
.................................................
117
9.4.2
EINFLUSS
DES
KATALYSATORS
AUF
DIE
PRODUKTBILDUNG
......................
120
9.4.3
POTENZIALVERHALTEN
DER
ELEKTRODE
................................................
121
9.4.4
EINFLUSS
DER
METALLBELADUNGSMENGE
...........................................
122
9.4.5
EINFLUSS
DER
PARTIKELGROESSE
............................................................
130
9.4.6
IR-DROP-KORREKTUR
MITTELS
ELEKTROCHEMISCHER
IMPEDANZSPEKTROSKOPIE
(EIS)
.....................................................
132
9.4.7
EINFLUSS
DES
PH-WERTS
DES
ELEKTROLYTEN
.....................................
133
9.4.8
REPRODUZIERBARKEIT
UND
LANGZEITMESSUNGEN
AN
ZINN
GASDIFFUSIONS-ELEKTRODEN
..............................................................
139
10
A
USBLICK
.......................................................................................................
141
L
ITERATURVERZEICHNIS
.........................................................................................
145
VI
|
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