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Beitrag zur Standardisierung in Batterie- und Brennstoffzellenforschung
Ein Open-Access-Fachartikel zur Charakterisierung von Carbon Blacks (CB) wurde als „Top Viewed Wiley Article 2025“ ausgezeichnet. Der Beitrag untersucht zentrale Steuerungsmerkmale (Key Control Characteristics, KCC), die für die Anwendung in Batterien, Brennstoffzellen und Wasserstofftechnologien relevant sind.
CB dienen in elektrochemischen Systemen als nanoskalierte Trägermaterialien. Während der Herstellung durchlaufen sie gemeinsam mit Katalysatoren und Ionomeren Dispersions- und Beschichtungsprozesse. Die Wechselwirkungen zwischen Partikeln und Oberflächen beeinflussen die Formulierung von Suspensionen, die Elektrodenstruktur sowie die Leistungsfähigkeit und Lebensdauer der Systeme.
Zu den untersuchten KCC zählen:
- elektrische Leitfähigkeit der Partikel
- Oberflächenchemie (Hydrophilie/Hydrophobie)
- Säure-Base-Eigenschaften
- Ionomeradsorption
- Dispergierbarkeit
Diese Eigenschaften werden durch etablierte Methoden wie Boehm-Titration, Bestimmung des isoelektrischen Punkts sowie Hansen-Dispergierbarkeitsparameter (HDP) erfasst.
Messmethoden zur Analyse von Partikeleigenschaften
Die Bestimmung der Dispergierbarkeit erfolgt mithilfe analytischer Zentrifugation. Dabei liefert ein Messsystem Daten zur Sedimentationsgeschwindigkeit und ermöglicht Rückschlüsse auf Partikel-Flüssigkeits-Interaktionen. Die HDP dienen als Vergleichsgrößen für Oberflächeneigenschaften und unterstützen die Bewertung von Dispersionsprozessen.
Ergänzend tragen physikalische Messverfahren zur Analyse mechanischer Festigkeiten von Elektrodenschichten sowie zur Charakterisierung von Batteriepasten bei. Der Einsatz von Röntgenstrahlung ermöglicht die Untersuchung hochkonzentrierter Systeme und unterstützt die Prozesskontrolle unter realen Bedingungen.
Die Ergebnisse des Artikels bilden die Grundlage für einen Standardisierungsentwurf innerhalb der International Electrotechnical Commission (IEC), TC 113. Ziel ist die Definition einheitlicher Prüfmethoden zur Charakterisierung von Carbon Blacks in elektrochemischen Anwendungen.
Wiley Online Library
Key Control Characteristics of Carbon Black Materials for Fuel Cells and Batteries for a Standardized Characterization of Surface Properties
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