Kontrolle der Mikroumgebung in GDEs zur Erhöhung der CO-Selektivität bei der CO2-Elektrolyse

Die elektrochemische Kohlenstoffdioxid-Reduktion (CO₂R) stellt eine vielversprechende Strategie zur Umwandlung von CO₂ in wertvolle Brennstoffe und Chemikalien dar. Dieses Projekt zielt darauf ab, die Reduktion von CO₂ zu Kohlenstoffmonoxid (CO) durch den Einsatz von Gasdiffusionselektroden (GDEs) auf Silberbasis in Verbindung mit ionenleitenden Polymeren zu verbessern. Diese Weiterentwicklungen sollen die Selektivität und Stabilität erhöhen, um eine hohe CO-Selektivität bei signifikanten industriell relevanten Stromdichten zu erreichen. Aufbauend auf früheren Arbeiten, bei denen GDE bereits eine vielversprechende CO-Selektivität bei beachtlichen Stromdichten, konzentriert sich dieses Projekt auf die weitere Optimierung der Elektroden. Durch die Integration von Ionomeren soll der Ionentransport und somit die Leistungsfähigkeit der Elektroden verbessert werden.

Umfassende elektrochemische Tests werden in kontrollierten Laborumgebungen durchgeführt, um die Leistung der entwickelten GDE-Systeme gründlich zu bewerten. Dazu gehört auch eine eingehende Untersuchung, wie die Integration von Ionomeren die Benetzbarkeit und die Ionentransporteigenschaften der Elektroden beeinflusst. Um die dreidimensionale Konfiguration der Elektroden besser zu verstehen, wird die fokussierte Ionenstrahl-Rasterelektronenmikroskopie (FIB-REM) eingesetzt. Ergänzt wird dies durch theoretische Ansätze wie das Thin-film Flooded Agglomerate (TFFA)-Modell, um lokale CO₂-Konzentrationen im Elektrolyten und die daraus resultierende Reaktionsdynamik zu untersuchen. Ein zentraler Bestandteil dieses Vorhabens ist die Zusammenarbeit mit dem Lehrstuhl für Werkstoffverfahrenstechnik an der Technischen Fakultät der Universität Bayreuth. Diese Partnerschaft nutzt fortschrittliche experimentelle und modelltechnische Werkzeuge, um die Verteilung der Ionomere innerhalb des GDE-Rahmens zu optimieren, um auf diese Weise die CO-Selektivität bei der höchstmöglichen Stromdichte zu vergrößern.

Insgesamt ist es unser Ziel, eine skalierbare Lösung zu entwickeln, die nicht nur die CO₂-Emissionen reduziert, sondern auch eine nachhaltige Methode zur Herstellung von chemischen Rohstoffen mit hohem Bedarf bietet.