Module

Voraussetzungen

Inhalte

• Grundlagen der Katalyse, Reaktionskinetik, Allgemeine Stoßtheorie • Einführung in die Elektrochemie, Starke und schwache Elektrolyte, Debye-Hückel-Theorie, Faradaysche Gesetze • Elektrodenpotentiale, Doppelschichtmodelle, Elektroden erster und zweiter Art, galvanische Zelle • Elektrodenkinetik, Überspannung, Butler-Volmer-Gleichung, Elektrokatalyse • Zyklische Voltammetrie, Rotierende (Ring-)Scheibenelektrode, Elektrokatalyse an Platin, Problematik der Mehrelektronentransferprozesse • Degradationsprozesse in Brennstoffzellen, Alternative Katalysatoren • Elektrolyseur • Grundlagen zur Halbleiterphysik • HL unter Belichtung, Rekombinationsprozesse, Oberflächenzustände • Auswahlkriterien für Photokatalysatoren (Solare Spektrum) • HL-Elektrolytkontakt, Ladungstransfer und Stromfluss im Elektrolytkontakt • Modelle zur rein photokatalytischen Wasserspaltung • Kombinierte Ansätze (z.B. Photo-Elektrokatalysator plus Solarzelle) • Stabilitätsprobleme, Photokorrosion, Stabilisierungsschichten

Lernziele

Für eine CO2-freie Energieversorgung werden Methoden der sauberen Energieerzeugung und Umwandlung benötigt. Hinsichtlich möglicher Brennstoffe ist vor allem Wasserstoff als Energieträger von Interesse, da es der einzige Brennstoff ist, der frei von jeglicher CO2-Bildung umgesetzt werden kann. Am elegantesten ist die Bildung von Wasserstoff über eine photokatalytische Wasserspaltung oder einer Elektrolyse des Wassers, bei der ausschließlich Strom aus erneuerbaren Quellen (wie Wind, Solarzelle) eingesetzt wird. Insbesondere für die automobile Anwendung ist die „leise“ Verbrennung in der Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle von großem Interesse. Die Teilnehmer lernen am Beispiel der Wasserstoff- und Sauerstoffelektroden die Grundlagen der (Photo-)Elektrokatalyse kennen.

Prüfungsleistung

Voraussetzung für die Modulabschlussprüfung: • erfolgreiche Präsentation, 30 min. einer schriftlichen Ausarbeitung (Hausarbeit), 15-20 Seiten Modulabschlussprüfung: • Klausur, 90 min. ODER • mündliche Prüfung, 30 min. In der ersten Lehrveranstaltung wird bekanntgegeben, ob die Prüfungsleistung in schriftlicher oder mündlicher Form zu erbringen ist.

Bemerkungen

Bei Bedarf kann das Modul in englischer Sprache angeboten werden.