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Anwendungsbeispiele AFM

Brennstoffzellenmembran

Die für eine Polymerelektrolyt (PEM) Brennstoffzelle zentrale Komponente ist die Membran-Elektroden-Einheit (MEA). Sie besteht aus dem Festkörperelektrolyten, meist einer Folie aus dem Kunststoff Nafion®, auf deren beiden Seiten die Elektroden aufgebracht sind, in denen die elektrochemischen Reaktionen ablaufen. Die Untersuchung solcher katalytischer Membranen bildet einen wesentlichen Anteil der Forschungsarbeiten im AFM-Labor.

Die Abbildung zeigt die mit dem AFM aufgenommene topografische Struktur einer solchen Membranoberfläche

Elektrodenoberfläche

Die AFM Methodik kann neben der Topografie noch sehr viele weitere Informationen liefern. Dies zeigen die nebenstehenden AFM-Messungen an der Oberfläche der katalytischen Schicht:

Topographie (a), Adhäsion (b), Deformation (c), elektronischer Strom (d) und Diagramm des Verlaufs dieser Materialgrößen entlang der rot eingezeichneten Strecke (e). Die Verläufe in (e) ergeben eine niedrige Adhäsion und Deformation sowie einen elektronischen Strom für die aus Platin und Kohlenstoff bestehenden Katalysator-Partikel. Die Verteilung des Ionomers in den Elektroden kann so aufgrund seiner charakteristischen mechanischen, chemischen und physikalischen Eigenschaften mit dem AFM gemessen werden.

Elektrodenquerschnitt

Die Vermessung eines Membranquerschnitts mit dem AFM liefert anhand der Materialeigenschaften detaillierte Informationen über ihren Aufbau im Bereich der Grenzfläche zwischen Nafion®-Membran und Elektrode.

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