Studienarbeiten

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Tchimkap Nana, Ornella Audrey;
Elektrochemische Abscheidung von Dispersionsschichten aus Hartsilber und Graphit. - Ilmenau. - 93 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Da Silber die höchste elektrische Leitfähigkeit aller Metalle aufweist, wird das Metall immer mehr für Kontaktbeschichtung in der Industrie der Elektromobilität geschätzt. Allerdings ist Silber ein weiches Material, welches auch keine gute selbstschmierenden Eigenschaften aufweist, was zu einem schlechten Verschleißverhalten und einer beschränkten Anwendung von Silber für nachhaltige Steckverbinderkontakte führt. Um diese Begrenzung des Silbers als Kontaktoberfläche zu lösen, wurden Silberelektrolyte entwickelt, die meistens entweder eine hohe Härte oder gute Gleiteigenschaften aufweisen. In der vorliegenden Arbeit wurden Elektrolyte entwickelt und untersucht, die Schichten mit gleichzeitiger höherer Härte und besserer Abriebbeständigkeit erzielen. Die Hauptuntersuchung betraf einen cyanidhaltigen Hartsilberelektrolyt aus Silber-Antimon-Legierungen mit Graphitdispersionen in Pulver als Schmierstoff, beide aus dem Produkt-Portfolio der Umicore Galvanotechnik GmbH. Um den Einfluss von Parametern wie Antimon-Gehalt, Graphit-Gehalt, Stromdichte, Prozesstemperatur, Rührgeschwindigkeit, Zusatzstoffe und die Wärmebehandlung zu untersuchen, wurden Versuche mit verschiedenen Prozessparametern realisiert. Als Vergleich wurden weitere Versuche mit anderen Hartsilberelektrolyten durchgeführt. Es wurde hierfür ein cyanidhaltiger Silber-Bismut -Elektrolyt und ein cyanidfreier Silber-Antimon-Elektrolyt, beide mit Graphit-Dispersionen, untersucht. Bei diesen Dispersionsschicht-Untersuchungen wurden die für die Abscheidung wichtigsten Parameter bestimmt. Dafür wurden die aus diesen oben genannten Elektrolyten abgeschiedenen Schichten durch folgende Eigenschaften charakterisiert: • Schichtzusammensetzung • Gleiteigenschaften (Reibwerte) • Verschleiß Reibtiefe/Reibbreite) • Mikrohärte • Oberflächenmorphologie • Kontaktübergangswiderstandmessungen. Die abgeschiedenen Schichten zeigten verbesserte Verschleißbeständigkeit im Vergleich zu Feinsilber, Hartsilber und Silbergraphit. Diese ergaben eine gute Kombination aus der Härte des Hartsilber und der Abriebbeständigkeit von Silbergraphit. Es wurde aber auch eine Erhöhung der Kontaktübergangswiderstände festgestellt.



Hajiabbasi, Akam;
Prognoseverfahren der Entladekapazität für CoinPowers mittels des Machine-Learnings und der Impedanzspektroskopie (EIS). - Ilmenau. - 112 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die genaue Überwachung von Batteriezuständen wie Entladekapazität ist entscheidend für die Gewährleistung der Sicherheit und Zuverlässigkeit von Lithium-Ionen-basierten Energiespeichersystemen, die in Elektrofahrzeugen oder für stationäre Systeme eingesetzt werden. Die Vorhersage der Etladekapazität einer Zelle durch elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) und Machine-Learning kann eine schnelle Messung des Batteriezustands ohne Einsatz zusätzlicher Sensoren oder zeitaufwändige Leistungsmessungen ermöglichen. Die Untersuchung der Einfluss von Kapazität, Ladezustand und Temperatur auf die EIS-Antwort ist analytisch kompliziert. Daher kommen Machine-Learning-Prozesse zum Einsatz. Vorhersage der Entladekapazität anhand von EIS-Daten eröffnet die neuen Möglichkeiten in der Batterieproduktion, -nutzung und -optimierung. Batteriehersteller können damit den Entwicklungszyklus der Zellen beschleunigen, neue Herstellungsprozesse schneller validieren und neue Zellen nach ihrer erwarteten Lebensdauer sortieren. Darüber hinaus sind Machine-Learning-Ansätze besonders attraktiv für Hochgeschwindigkeits-Betriebsbedingungen. Die Modelle und die Algorithmen, wie Extreme-Gradient-Boosting (XGBoost), sind in der Lage, die Entladekapazität der Zellen über mehreren Zyklen vorherzusagen. In der vorliegenden Masterarbeit wurde den Zusammenhang zwischen Entladekapazität und elektrochemischen Impedanzwerten einer NMC-Knopfzelle während der kalendarischen- und Zyklenlebensdauer untersucht, um zu beurteilen, ob dies zur Grundlage für Qualitätskontrolle der lithiumbasierten CP1254-A3-Zellen dienen kann.



Aziz, Carlos;
Abscheidung und Passivierung von Zinn-Nickel-Schichten als Korrosionsschutz für Bipolarplatten in PEM-Elektrolyseuren. - Ilmenau. - 88 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Die Oberflächenqualität und Homogenität von Zinn-Nickel-Schicht auf 1.4404 Edelstahl verbesserte sich durch die Änderung der Abscheidungsparameter bei Vorvernicklung (Nicke-Strike) (Unterkapitel 4.1). Oberflächenanalysen mittels LSM zeigten, dass die mittlere und maximale Rautiefe der SnNi-Schichten vermindert wurde. Außerdem entsprachen die ermittlten Messdaten der tatsächlichen Oberfläche fast der theoretischen Oberfläche aufgrund weniger Spitzen und Täler. Dies wurde durch Lichtmikroskopie nachgewiesen, bei der deutlich wurde, dass morphologische Defekte wie Risse und Krater nicht mehr vorhanden sind (Unterkapitel 5.2). Die Abscheidung von 10 µm Zinn-Nickel auf Nickel-Strike erfolgte auf zwei Stromarten: Mit Gleichstrom und Pulsstrom bei einer Temperatur von 60˚ C bzw. 40˚ C. Ein Nachteil war, dass die Pulsstromabscheidung von SnNi bis zu 3 Stunden für 10 µm Dicke dauert. Die PP-Abscheidungszeit könnte durch die Anpassung der Parameter im Pulsstrom-Zeit-Profil optimiert werden. Die erhaltenen KLM- und AFM-Bilder zeigten, dass die PP-SnNi-Oberfläche feinere und kleinere Körner aufwies. Im Gegensatz dazu wies das DC-SnNi größere und gröbere Körner auf (Unterkapitel 5.4). Die Oxidbildung von SnNi-Proben wurde durch Wärmebehandlung und elektrochemische Passivierung erreicht. Bei der Wärmebehandlung wurden die SnNi-Proben im Ofen bei einer Temperatur von 300˚ C für 20 min erhitzt. Das Aussehen der SnNi-Oberfläche hat sich nach der Behandlung verdunkelt. Die Vorversuche wurden durchgeführt, indem die SnNi-Probe 3 Tage lang in eine 0,5 M Na2SO4-Lösung getaucht wurde. Was dazu führte, dass eine dünne blaue Oxidschicht mit braunen Flecken auf der Oberfläche des SnNi erschien. Die SnNi-Oxidbildung wurde elektrochemisch durch Passivierung der Oberfläche in alkalischer Lösung (1 M NaOH) in Gegenwart von 0,25 M Natriumsulfat beschleunigt. Nach 20 Zyklen bildete sich ein dünne feine Kristalle braune Oxidschicht. Ab 44 Zyklen erschien eine groben Kristtalitte blaue Oxidschicht über der braunen Schicht (Unterkapitel 4.4). Die XRD-Analyse zeigte, dass die Zusammensetzung der passivierten Schichten aller Proben aus gemischten SnNi-Oxiden besteht. Es liegen vermutlich Oxide in Form von NiOx, SnO2, SnO, Sn3O4 vor (Unterkapitel 5.7). In weiterführenden Versuchen könnte die genaue Zusammensetzung mittels XPS-Analyse ermittelt werden. Mittels FIB und REM-Analyse war es möglich, die Oxiddicke zu messen. Die warmbehandeltes-SnNi, Braunoxid-SnNi und Blauoxid-SnNi hatten eine Oxiddicke von 45 nm, 60 nm bzw. 80 nm (Unterkapitel 5.6)Vierpunkt-Widerstandsmessungen zeigen dass die Bildung von Oxiden auf der Oberfläche von SnNi den Schichtwiderstand und die elektrische Leitfähigkeit negativ beeinflusst. Dies sollte später in Betracht gezogen werden, ob sich dies auf die Leistung von PEM negativ auswirken wird. Die kombinierte EIS- und FIB-Analyse ermöglichte es, die Dielektrizitätskonstante von SnNi-Oxid näherungsweise zu bestimmen. Mit Hilfe der Plattenkondensator-Gleichung wurde die Dielektrizitätskonstante der einzelnen SnNi-Oxid berechnet (Unterkapitel 8.2). Die anodische Polarisation bei 2 V in Schwefelsäure (pH 3) zeigte, dass sowohl die warmbehandelte SnNi-Probe als auch das SnNi mit braunem Oxid einer 2-stündigen Polarisation standhalten konnten. Darüber hinaus wurden beide Proben einer weiteren zweistündigen anodischen Polarisation unterzogen, wobei beide nach 15 min versagten und sich auflösten. SnNi mit blauem Oxid war weitestgehend stabil, allerdings änderte sich die Farbe der Oberfläche und die Probe wurde durch Korrosion des Substratsan den Kanten beschädigt. Im Hinblick auf die Verbesserung der Stabilität der SnNi-Oxidschichten während der anodischen Polarisation könnte versucht werden, dünne SnNi-Schichten etwa 5 µm auf dem Substrat abzuscheiden. Dies könnte die inneren Spannungen der SnNi-Schichten schlecht erhöhen, jedoch durch Wärmebehandlung oder elektrochemische Oxidbildung behoben und verringert werden könnte. Die Verwendung eines Mehrschichtsystems aus blauen SnNi-Oxiden und braunen Oxiden mit Wärmebehandlung kann ebenfalls zur Verbesserung der Stabilität beitragen. Elektrochemische Passivierung der SnNi-Oberfläche in saurem Medium in Gegenwart von Natriummolybat könnte ebenfalls eine dünne Oxidschicht erzeugen. Molybat-Ionen können auch auf der SnNi-Oberfläche eindringen und die Korrosionsbeständigkeit erhöhen. Zur weiteren Untersuchung der Korrosionsbeständigkeit sollte die Wärmbehandlung von SnNi unter Variation von Zeit- und Temperatur erfolgen. Weiterhin sollte die Wärmbehandlung und die elektrochemische Passivierung von PP-SnNi in Natriumsulfat in Betracht gezogen werden, um eine höhere Stabilität zu erreichen.



Njenkam Tankeu, Ulrich Donald ;
Synthese und Charakterisierung von PEDOT/MAX und PEDOT/MXene Kompositen als Elektrodenmaterialien für Superkondensatoren. - Ilmenau. - 102 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Synthese und Charakterisierung von PEDOT/MAX und PEDOT/MXene Kompositen als Elektrodenmaterialien für Superkondensatoren



Fahad, Muhammad;
Innovative battery technology benchmarking. - Ilmenau. - 86 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023

Batterieelektrische Fahrzeuge erfreuen sich zunehmender Beliebtheit und sind weltweit zu einem festen Bestandteil der Mobilität der Zukunft geworden. Im Automobilsektor wird unterschiedliche Segmente wie Premium-, Sport- und Budget-Autos unterschieden. Die in diesen Autos eingesetzte Batterietechnologie unterscheidet sich aufgrund ihrer unterschiedlicher Anforderungen. In dieser Arbeit wird ein detaillierter Überblick über alle wichtigen Trends in der Batterietechnologie gegeben, die in verschiedenen Segmenten von BEVs eingesetzt werden. Diese Technologien werden in drei verschiedene Nutzungscluster eingeteilt, die sich auf Peformance, Kosten oder Lebensdauer konzentrieren. Im Performance-Cluster wird sich auf maximale Energiedichte, Leistung und Schnellladefähigkeit konzentriert, während im kostenoptimierten Cluster niedrige Materialkosten und hohe Verfügbarkeit eine wesentliche Rolle spielen. Im Lifetime-Cluster liegt der Fokus auf einer hohen Zyklusfähigkeit bei gleichzeitiger Gewährleistung einer hohen Energiedichte und ausreichender Leistung sowie einer schnellen Ladefähigkeit. Um einen Überblick über all diese wichtigen Trends in der Batterietechnologie zu geben, wurden technische Diskussionen mit den verschiedenen Batterieherstellern durchgeführt. Ableitenden davon ergeben sich drei verschiedene zukünftige Trends der Lithium-Ionen-Technologien Kobaltfreie Technologie, Semi- bis Vollfestkörperbatterien und Schicht Oxid Batterien mit hohem Nickel Gehalt. Neben der konventionellen Technologie hat besonders die Natrium Ionen Batterie die Aufmerksamkeit vieler Automobilehersteller auf sich gezogen. Daher wird auch deren Weiterentwicklung hinsichtlich Energiedichte, Schnelladefähigkeit und Lebenzyklus für automobile Anwendbarkeit bewertet. Darüber hinaus werden von den Herstellern auch die leistungs- und sicherheitsrelevanten experimentellen Daten eines Prototyps dieser Batteriezelltechnologien untersucht, was eine eingehende Analyse der Vor- und Nachteile jeder einzelnen Zelltechnologie im Hinblick auf die oben genannten drei unterschiedlichen Konzeptszenarien ermöglicht, was wiederum die Bewertung der Einsetzbarkeit als negativ oder positiv in diesen Konzeptszenarien ermöglicht. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit ist es, diese Technologien mit konventionellen Technologien zu vergleichen, die Batterie Technologie-Roadmap der Hersteller zusammenzufassen und miteinander zu vergleichen, um das Standing der einzelnen Hersteller zu bewerten.



Gerstner, Kai;
Experimentelle Analyse und Modellierung der Elektrodenstruktur von trocken prozessierten LIB-Kathoden mit PTFE-Binder. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Durch die lösungsmittelfreie Herstellung von Kathoden für den Einsatz in Lithium-Ionen-Batterien (LIB) ist es möglich, die Energie- und Herstellungskosten von Batteriezellen signifikant zu senken und parallel auf gesundheitsgefährdende Lösungsmittel zu verzichten. Allerdings wird durch die veränderte Prozessierung auch der Einsatz eines anderen Binders zum Aufbau einer stabilisierenden Matrix notwendig, was zur Veränderung der Mikrostruktur der Elektroden führt. In der vorliegenden Arbeit wurden deshalb trocken prozessierte LIB-Kathoden mit PTFE-Binder analysiert und modelliert. Ausgehend von REM- und EDX-Aufnahmen, sowie Partikelgrößenanalysen, porosimetrischen Untersuchungen und CT-Aufnahmen wurden Formen, Größen und die Verteilung der Komponenten innerhalb der Mikrostruktur analysiert. Die lösungsmittelfrei hergestellten Kathoden zeigten neben sphärischen Aktivmaterialpartikeln und polyedrischen Leitadditiv-Partikeln den fibrillierten Binder, der im Gegensatz zu herkömmlich hergestellten Kathoden in Form von feinen Binderfäden mit einem Durchmesser im Nanometer-Bereich vorliegt. Anschließend wurde mithilfe der gesammelten Informationen ein Modell zur Untersuchung des Einflusses der Elektrodenzusammensetzung und Verteilung aller Komponenten auf wichtige effektive Mikrostruktureigenschaften wie die elektrische Leitfähigkeit, die aktive Oberfläche und die effektive Lithium-Ionen-Diffusion im Elektrolyten erstellt. Das Modell wurde durch Leitfähigkeits- und BET-Messungen, sowie Untersuchungen der Porengrößenverteilung validiert, bevor der Einfluss von Porosität, Gewichtsanteilen und Verteilung der Komponenten auf effektive Mikrostruktureigenschaften simulativ untersucht wurde. Durch die lösungsmittelfreie Herstellung und den fibrillierten Binder werden hohe aktive Oberflächen des Aktivmaterials und geringe Tortuositäten der Mikrostruktur erreicht. Demnach ist die Optimierung der spezifischen Leistung und Schnellladefähigkeit einer Batteriezelle durch Verwendung trocken prozessierter Kathoden möglich. Die Massenanteile der Komponenten und die Porosität der Elektrode haben hingegen einen wesentlichen Einfluss auf die Transporteigenschaften von Elektronen und Lithium-Ionen innerhalb der Zelle. Die Ergebnisse dieser Arbeit können zur Prozessentwicklung lösungsmittelfrei hergestellter Kathoden verwendet werden.



Shah, Shyam;
Multi-layered ultra-thick cathodes with different active material particle size distributions. - Ilmenau. - 72 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Im Vergleich zu dünneren Elektroden bieten ultradicke Elektroden ein günstiges Verhältnis von aktivem zu passivem Material, was zu günstigeren Preisen und weniger Verarbeitungsaufwand für Hochenergieanwendungen führt. Aufgrund von Beschränkungen des Li+-Massentransports zeigen herkömmliche dicke Elektrodenkonstruktionen bei hohen Entladungsraten jedoch oft eine schlechte Leistung. Eine ausgefeiltere Mikrostruktur der Elektrode kann dazu beitragen, diese Schwierigkeit zu mildern, z. B. durch Strukturgradienten. Dies kann z. B. durch zweischichtiges Gießen erreicht werden. Die Eigenschaften von LIB-Elektroden können einen Zweilagenauftrag verschiedener Suspensionen beeinflusst werden. Verbesserte Eigenschaften sind in der Literatur nachgewiesen worden. Das Auftragen einer zweiten Schicht auf eine bereits getrocknete erste Schicht zeigt jedoch Beeinträchtigungen. Diese können vermieden werden, indem die entsprechenden zwei Suspensionen durch eine zweischichtige Schlitzdüsenbeschichtung gleichzeitig aufgetragen werden, was auf einer Pilotlinie oder mit Produktionsanlagen erfolgen kann. In dieser Arbeit wurde als Konzept zur Nachahmung des großtechnischen Prozesses ein Prozess im Labormaßstab untersucht, bei dem zwei Schichten ohne Zwischentrocknung aufeinander mittels Rakelauftrag für NCM851005 mit unterschiedlichen Partikelgrößen aufgetragen wird. Im ersten Teil dieser Arbeit wurden Zielparameter für die rheologischen Eigenschaften der Suspensionen und für einen zweischichtigen Beschichtungsprozess mittels Rakelapplikation erforscht. Im zweiten Teil wurden geeignete Methoden zur Charakterisierung von Dicke, Massebeladung und Dichte der einzelnen Schichten der hergestellten zweischichtigen Strukturen entwickelt. Zur Berechnung der Flächenbeladung einer Einzelschicht von Zweischicht-Elektroden wurde der Massenanteil eingeführt. Der berechnete Massenanteil der einzelnen Schicht wurde durch elektrochemische Messungen in einer Halbzellenanordnung gegen Li/Li+ in Knopfzellen verifiziert. Schließlich wurde die Porosität der einzelnen Schichten der Zweischicht-Elektrode mit Hilfe der optischen Bildanalyse (ImageJ) gemessen und die Zuverlässigkeit dieser Messung anhand von MIP-Messungen und mit Hilfe der aus dem Gewichtsanteil berechneten Porosität überprüft.



Calmbach, Jasmin;
Integrating porous Cu2O/CuO heterostructures to improve the photostability for solar water splitting. - Ilmenau. - 91 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die Forschung zur Herstellung von grünem Wasserstoff zur Dekarbonisierung des Energiesektors gewinnt zunehmend an Bedeutung. Ähnlich zur Wasserelektrolyse, bei der Wasser unter Anwendung einer externen Spannungsquelle in seine Bestandteile Wasserstoff und Sauerstoff aufgespalten wird, nutzt die Photolyse direkt das Sonnenlicht als erneuerbare Quelle zur Generierung der notwendigen Spannung. Kupfer(I)-oxid (Cu2O) ist ein attraktives Material für diese Anwendung. Aufgrund der geeigneten Bandlücke von etwa 2eV und passenden Bandpositionen sowie niedriger Herstellungskosten, die mit der Verfügbarkeit von Kupfer (Cu) zusammenhängen, ist Cu2O ein vielversprechender p-Halbleiter, der für die Wasserstoffentwicklung Einsatz findet. Jedoch leidet dieses Material in photoelektrochemischen (PEC) Anwendungen unter Photokorrosion. Diese Arbeit integriert deshalb eine Schicht aus Kupfer(II)-oxid (CuO), welche eine bessere Photostabilität als Cu2O in wässrigen Elektrolyten aufweist. Ein poröses Cu-Gerüst wird durch elektrochemische Abscheidung aus einem Cu-Sulfat-Elektrolyten hergestellt. Die Struktur mit vergrößerter Oberfläche dient als Substrat für die anschließende potentiostatische Abscheidung der photoaktiven Cu2O-Schicht aus alkalischer Cu(II)-Citratlösung (pH 12). Die Proben werden dann in Luft bei unterschiedlichen Temperaturen und Glühzeiten thermisch oxidiert, um verschiedene Cu2O/CuO-Heterostrukturen zu erhalten. Mit Röntgendiffraktometrie, Rasterelektronenmikroskopie, sowie Linear-Sweep-Voltammetrie (LSV) und Chronoamperometrie unter gepulster Beleuchtung werden die Materialeigenschaften charakterisiert. Die LSV-Ergebnisse zeigen, dass Proben mit einer dünnen, homogenen Schicht aus Cu2O Photoströme von bis zu −3.4 mA/cm2 bei −0.1 V vs. RHE und −2.2 mA/cm2 bei 0 V vs. RHE in 0.5M Na2SO4 (pH 5.7) ermöglichen. Ein niedriger Dunkelstrom bleibt erhalten (−0.16 mA/cm2 bei 0 V vs. RHE). Die Heterostrukturen senken den Photostrom auf −1.4 mA/cm2 bei 0 V vs. RHE und der Dunkelstrom erhöht sich (−0.35 mA/cm2 bei 0 V vs. RHE). Diese Erkenntnisse entsprechen nicht den Ergebnissen von flachen Cu2O/CuO-Heterostrukturen aus der Literatur und offenbaren einen neuen Aspekt durch die Verwendung poröser Cu-Substrate. Das Substrat ist beim Ausglühen erheblichen Materialspannungen ausgesetzt, welche zu Nanodrahtwachstum und Oberflächenrissen führen können. Dennoch zeigen die porösen Cu2O/CuO-Photokathoden in Abwesenheit von teuren Katalysatoren oder Schutzschichten eine verbesserte Photostabilität. Nach 1h gepulster Beleuchtung bleibt die Photoaktivität bei etwa 20% des ursprünglichen Photostromes. Hingegen sinkt die Photoaktivität von Cu2O-Photokathoden nach 1h auf <5%. Im Allgemeinen bietet diese Arbeit daher einen Ansatz für die Herstellung von kostengünstigen und stabilen Photokathoden aus verfügbaren Materialien für die solare Wasserstoffproduktion.



Krümmling, Josef;
Weiterentwicklung eines alkalischen cyanidfreien Kupferelektrolyten und Implementierung in ein zentrales Analysen- und Wartungsprogramm zur Überwachung und Steuerung galvanotechnischer Prozesse. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die vorliegende Masterarbeit beschreibt die Weiterentwicklung eines alkalischen cyanidfreien Kupferelektrolyten und Implementierung in ein zentrales Analysen- und Wartungsprogramm zur Überwachung und Steuerung galvanotechnischer Prozesse. Dabei werden die galvanische Verkupferung aus cyanidfreien Elektrolyten im Theorieteil betrachtet und Experimente abgeleitet. Die Experimente wurden in Zusammenarbeit mit einem Industriepartner geplant, mit dem Ziel zur Lösung konkreter industrieller Probleme beizutragen. Als Schlussfolgerung daraus wurde die chemische Badzusammensetzung zum Schwerpunkt der Untersuchungen, da diese das Beschichtungsergebnis im Wesentlichen beeinflussen. Die elektrochemische Untersuchung des Elektrolyten leistet einen Beitrag zum Prozessverständnis und der Fehlervermeidung bei der alkalisch cyanidfreien Verkupferung. Das Forschungsvorhaben wird praktisch durch Hull-Zellen-, Leitfähigkeits-, Viskositäts- und Stromdichte-Potential-Untersuchungen umgesetzt. Die Daten werden anhand einer Literaturrecherche verglichen und mit bereits existierenden Datensätzen, seitens des Industriepartners, zusammengeführt. Ziel ist die Verbesserung des bereits bestehenden Elektrolytsystems. Das optimale Verhältnis Kupfer zu Komplexbildner liegt bei 1:2,8, bei 0,19 mol/l Kupfer im Elektrolyten. Eine erhöhte Arbeitstemperatur von 65 &ring;C wirkt sich positiv auf die kathodische Stromdichte bei der Verkupferung aus. Die Leitfähigkeit des Elektrolyten wird stark von der Temperatur beeinflusst. Durch die Erhöhung der Viskosität der Elektrolytlösung sinkt die Leitfähigkeit des Elektrolyten ab. Die zu hohe Kupfer- und Komplexbildnerkonzentration kann eine inhibierende Wirkung bei der Abscheidung zur Folge haben. Mit der experimentellen Untersuchung des Kupferphosphonatelektrolyten wurden neue verfahrenstechnische Bedingungen sowie Konzentrationsbereiche definiert, die industriel bereits umgesetzt sind. In Zukunft muss geprüft werden, ob die verfahrenstechnischen Neuerungen die Standzeit und Ausschussquote des Verfahrens positiv beeinflussen.



Zimmermann, Christoph;
Beschichtung von Bipolarplatten für die Sauerstoff-Elektrode in PEM-Elektrolyseuren. - Ilmenau. - 123 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2022

Die Wandlung elektrischer Energie aus regenerativen Quellen bietet eine gute Möglichkeit, um auf zukünftige Überangebote oder Engpässe in der Energielieferung reagieren zu können. Eine Möglichkeit dafür ist die Wandlung in chemische Energie in Form von Wasserstoff. Die emissionsfreie Erzeugung des Wasserstoffs ist unter anderem mit Proton-Exchange-Membran (PEM)-Elektrolyseuren möglich. Zukünftig kann Titan als Bipolarplattenmaterial in PEM-Elektrolyseuren durch kostengünstigeren und leichter mechanisch zu bearbeitenden Edelstahl ersetzt werden. Im Zuge dieser Arbeit wird der Edelstahltyp 1.4404 galvanisch beschichtet, um diesen bei Kontakt mit sauren Medien bei gleichzeitig anodischen Potentialen von bis zu 2,0 V vor Korrosion zu schützen. Dafür werden Beschichtungen aus Gold, Platin sowie einer Zinn-Nickel-Legierung getestet. Mit Goldbeschichtungen kam es vermehrt zu Inhomogenitäten sowie zu vereinzelten Stellen erhöhter Rautiefe, was einen Korrosionsvorgang des Schichtsystems bei anodischer Polarisation begünstigte. Im Gegensatz dazu wurde Platin mit geringerer Inhomogenität abgeschieden, wodurch bessere Korrosionsstabilität über einen längeren Polarisationszeitraum gewährleistet werden konnte. Bei der Zinn-Nickel-Beschichtung kam es während anodischer Polarisation zur Bildung von Oxiden an der Oberfläche. Diese wiesen gute Korrosionsstabilität auf, lösten sich bei andauernder Polarisation jedoch auf.