Nutzung von CO2-Strömen zur Verbreiterung der Rohstoffbasis chemischer Erzeugnisse
Rohstoff Kohlenstoffdioxid
Im Rahmen des von der Bayerischen Forschungsstiftung geförderten Projektes „Rohstoff Kohlenstoffdioxid: Nutzung von CO2-Strömen zur Verbreiterung der Rohstoffbasis chemischer Erzeugnisse“ wurden in Zusammenarbeit mit der RAS AG silberbasierte Katalysatoren für die elektrochemische Kohlenstoffdioxid CO2 Reduktion zu Kohlenstoffmonoxid CO hergestellt und auf ihre elektrochemischen Eigenschaften getestet.
Hierfür wurden erfolgreich Silbernanodrähte (Durchmesser 30–50 nm, Länge 10-40 μm) synthetisiert, die als Ausgangsstoff für die Katalysatorherstellung verwendet wurden. Aus dieser Silbernanodrahtdispersion wurden vliesartige Katalysatoren hergestellt und für den Einsatz in Testelektrolysezellen bzw. in einer realitätsnahen Zelle präpariert. Die Draufsicht auf die Oberfläche eines Katalysators (a) und der Querschnitt (b) einer Probe sind nachfolgend dargestellt.
Die Katalysatoren wurden zunächst in einer elektrochemischen Halbzelle mit einem Potentiostat auf ihre elektrochemischen Eigenschaften getestet. Hier wurden vor allem Impedanz Messungen, Cyclovoltammetriemessungen und Linear-Sweep Voltammetrie Messungen zur Leistungsabschätzung durchgeführt. Die mechanische Stabilität der Katalysatoren konnte in einer einfachen Durchflusszelle getestet werden.
Für Messungen mit realitätsnäheren Bedingungen wurde eine Test Elektrolysezelle (C-Flow LAB Cell) angeschafft, in die der Katalysator als Kathode integriert wurde. Hier konnten unter realitätsnäheren Bedingungen elektrochemische Messungen zur Leistungsabschätzung und zur Bestimmung der Langzeitstabilität durchgeführt werden. In dieser Zelle konnte eine maximale Stromdichte von -215,6 mA/cm2 bei einer Zellspannung von -3,1 V erreicht werden. Auf die Menge an eingesetztem Silber (Ag) bezogen konnte eine materialspezifische Stromdichte von -21,5 A/g(Ag) erreicht werden. Eine Langzeitstabilität der Katalysatoren von > 100 Stunden konnte problemlos durch die Durchführung von Chronoamperommetrie Messungen erreicht werden. Im Zuge der Langzeitstabilitätsmessungen konnte auch die Lastwechselbeständigkeit bestätigt werden.
Im selben Zellsetup konnten gasanalytische Messungen durchgeführt werden. Mittels Infrarot Spektroskopie konnte das Produktgas qualitativ bestimmt und CO nachgewiesen werden. Durch den Einsatz von speziellen Röhrchen der Firma Dräger zur Bestimmung der CO Konzentration konnte die produzierte Menge an CO im Produktgas abgeschätzt werden. Es wurde bei verschiedenen Spannungen allerdings nur eine geringe Selektivität von 5 % bis 28 % gemessen.
