Rasterkraftmikroskopie
Die Forschungsanlage Rasterkraftmikroskopie am Institut für Technische Thermodynamik des DLR in Oldenburg erlaubt die nanoskalige Oberflächenanalyse von Komponenten für die Brennstoffzellen- und Elektrolyseanwendung. Die Visualisierung von Oberflächenstrukturen und -eigenschaften von Komponenten wie Katalysatoren, Membranen oder Bipolarplatten ermöglicht wichtige Erkenntnisse für die Materialoptimierung und Degradationsanalyse.
Forschungsaufgaben
Die Rasterkraftmikroskopie (AFM, engl. atomic force miscroscopy) ermöglicht die Untersuchung von Oberflächenstrukturen und -eigenschaften mit einer Auflösung im unteren µm- bis nm-Bereich. Dabei rastert die Messspitze (der Cantilever) die Probenoberfläche ab und kann neben der Topographie der Probe weitere Eigenschaften durch Wechselwirkung zwischen der Messspitze und der Probe erfassen. Dazu gehören beispielhaft elektrische (Leitfähigkeit, Elektrostatik, Oberflächenpotential) und nanomechanische Eigenschaften. Über eine Vielzahl von Messmodi und durch Verwendung von speziellen Cantilevern können verschiedene Eigenschaften simultan bestimmt werden. Die Forschungsanalage ermöglicht damit die Untersuchung von Katalysatoren und Katalysatorschichten, Membranen sowie Bipolarplatten für die Energieanwendung. Mit gewissen Einschränkungen können auch Gasdiffusionslagen mit oder ohne Mikroporöserschicht untersucht werden. Beispielhaft wird die Rasterkraftmikroskopie für die Visualisierung der Bestandteile einer Katalysatorschicht genutzt, so dass eine Verbesserung der Struktur und Zusammensetzung möglich ist. Außerdem werden Katalysatorpartikel hinlänglich ihrer Morphologie untersucht. Die erzielten Erkenntnisse werden für die Optimierung von Materialien und Komponenten sowie für die Analyse von Alterungserscheinungen genutzt.
In situ und operando Messungen in der Entwicklung
Für die Untersuchung von Proben unter Anwendungsbedingungen stehen verschiedene, zum Teil selbstentwickelte Messzellen zur Verfügung. Es ist möglich unter kontrollierten Umgebungsbedingungen wie in befeuchteten Gasen oder in Elektrolyte mit unterschiedlicher Konzentration bei definierten Temperaturen zu messen. Durch die Darstellung der realen Anwendungsbedingungen von Brennstoffzellen oder Elektrolyseuren sind somit in situ Materialuntersuchungen möglich. Die Kopplung von AFM-Messungen mit elektrochemischen Untersuchungen befindet sich in der Vorbereitung und soll zeitnah zur Verfügung stehen.