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Elektrochemische Analytik

Elektrochemische Charakterisierung von Brennstoffzellen und Brennstoffzellenkomponenten

Zur elektrochemischen Charakterisierung von Brennstoffzellen und Brennstoffzellenkomponenten werden in Kombination mit verschiedenen Zelltypen (Halbzelle, Vollzelle, segmentierte Zelle, Zellstapel) und Elektrodenanordnungen, z.B. rotierende Scheiben (RSE) oder rotierende Scheiben-Ring (RSRE), folgende elektrochemische Untersuchungsmethoden eingesetzt:

• Strom-Spannungskennlinie (U-i-Kennlinie) zur Bestimmung der Leistung bzw. des qualitativen Spannungsabfalls (Verluste) einer Brennstoffzelle. Dies ist eine weit verbreitete Untersuchungsmethode und besonders für schnelle Übersichtsmessungen geeignet.
     
• Chronopotentiometrie (CP) und Chronoamperometrie (CA) zur Bestimmung von zeitlichen Veränderungen (Dynamik), wie CO-Vergiftung der Anode, Flutung der Elektroden mit Wasser oder Austrocknung der Polymermembran einer PEFC, sowie die Untersuchung der Alterung einer Zelle während potentiostatischer oder galvanostatischer Belastung
     
• Elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) wird zur quantitativen und qualitativen Bestimmung von Elektrodenvorgängen (z.B. Kinetik, Stofftransport, Materialeigenschaften, Korrosion, Langzeitverhalten und Alterung) eingesetzt. Desgleichen können in Halbzellenversuchen oder speziellen Zellen einzelne Vorgänge getrennt untersucht werden.
      
• Zyklische Voltammetrie (CV) oder Dreieckspannungssmethode ist eine der gängigsten elektrochemischen Untersuchungsmethoden, um in einem vorgegebenen Potenzialbereich Ströme die dem Auf- und Abbau von Deckschichten (elektrochemische Doppelschicht bzw. Chemisorptionsschichten) und elektrochemischen Stoffumsatz entsprechen, aufzuzeichnen. Zur Untersuchung von Brennstoffzellen wird dabei meistens auf der einen Seite (Gegenelektrode und Bezugselektrode) mit Wasserstoff und auf der anderen Seite (Arbeitselektrode) mit Stickstoff oder einem anderen Inertgas gearbeitet.
      
• Abschaltmessungen (Current interruption, CI) werden meist eingesetzt, um den ohmschen Spannungsabfall über den Elektrolytwiderstand und/oder anderen ohmschen Widerständen zu bestimmen.

Die angeführten Untersuchungsmethoden können in unterschiedlicher Art und Weise mit den angeführten Zellenarten und Typen kombiniert werden. Je nach Fragestellung können verschiedene Betriebsbedingungen (z.B. Temperatur, Druck, Partialdruck, Gaszusammen-setzung) eingestellt werden.