Titelaufnahme

Titel
Synthesis and chracterization of the NiCo2O4 Spinel as Bifunctional Oxygen Catalyst for the Zinc-Air Redox Flow Battery / Elisabeth Domian, BSc
Weitere Titel
Synthesis and Characterization of the NiCo2O4 Spinel as Bifunctional Oxygen Catalyst for the Zinc-Air Redox Flow Battery
Verfasser/ VerfasserinDomian, Elisabeth
Begutachter / BegutachterinTaucher-Mautner, Waltraud
ErschienenGraz, December 2016
Umfang68 Blätter : Diagramme
HochschulschriftKarl-Franzens-Universität Graz, Masterarbeit, 2016
Anmerkung
Abweichender Titel laut Übersetzung des Verfassers/der Verfasserin
SpracheEnglisch
DokumenttypMasterarbeit
URNurn:nbn:at:at-ubg:1-109272 Persistent Identifier (URN)
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Synthesis and chracterization of the NiCo2O4 Spinel as Bifunctional Oxygen Catalyst for the Zinc-Air Redox Flow Battery [2.96 mb]
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Zusammenfassung (Deutsch)

Aufgrund des steigenden Energiebedarfs unserer wachsenden Gesellschaft und der begrenzten Rohstoffe, ist es wichtig, nachhaltige und effiziente Lösungen im Energiesektor zu finden. Die Energiegewinnung aus erneuerbaren Energien ist schon seit längerem auf dem Vormarsch, doch diese Techniken haben oft das Problem, dass sie starken Schwankungen unterliegen, und daher besteht eine Notwendigkeit der Zwischenspeicherung. Die elektrochemische Speicherung mittels Redox-Fließbatterien ist eine gute Möglichkeit für stationäre Anwendungen. Speziell die Zink-Luft Batterie stellt hierbei ein attraktives System dar, da ein Reaktionspartner, nämlich der Sauerstoff, direkt aus der umgebenden Luft zugeführt werden kann. Das Ziel dieser Masterarbeit ist es, einen bifunktionellen Nickel-Cobalt-Oxid Spinell Katalysator (NiCo2O4) mittels verschiedener Methoden herzustellen und bezüglich seiner katalytischen Wirkung in konzentrierter, alkalischer Lösung (Kalilauge) zu testen. Die Untersuchungen ergaben, dass die Kalzinierungstemperatur und die Herstellungsmethode einen starken Einfluss sowohl auf die strukturellen als auch auf die oberflächenspezifischen Eigenschaften des katalytischen Materials haben. Die elektrochemischen Messungen zeigten, dass der NiCo2O4-Spinell ein guter Katalysator für die Sauerstoffentwicklungsreaktion (OER) ist, aber sich nur mäßig gut bei der Sauerstoffreduktionsreaktion (ORR) verhält. Höhere Temperaturen der Elektrolytlösung wirken sich positiv auf die Senkung der Überspannung bei beiden Reaktionen aus. Die Halbzellenmessungen, in denen Gasdiffusionselektroden mit dem Spinell-Pulver als Katalysator getestet wurden, ergaben, dass eine Zyklisierung bei kleinen Stromdichten sehr gut funktioniert. Bei höheren Stromdichten steigt die Potentialdifferenz zwischen OER und ORR stark an.

Zusammenfassung (Englisch)

Due to the high energy demand in our growing society and the limitation of natural resources, sustainable and efficient solutions in the energy sector are necessary. Energy generation with renewables is becoming more important, though this technology has to struggle with the fact that high fluctuations make intermediate energy storage necessary. Redox-flow batteries as electrochemical storage devices are a good choice for stationary applications. In particular, the zinc-air battery system is quite attractive due to the fact that one reactant, namely oxygen, can be taken from the ambient air. The goal of this master thesis is to synthesize a bifunctional nickel cobalt oxide spinel catalyst (NiCo2O4) via different methods and to study its electrochemical properties in highly concentrated alkaline solution (potassium hydroxide). The investigations show that the calcination temperature of the precursor material and the preparation method have a great impact on the structural and surface properties of the synthesized catalytic material. The electrochemical measurements indicate that the NiCo2O4 spinel is a good catalyst for the oxygen evolution reaction (OER), but performs moderately at the oxygen reduction reaction (ORR). Higher temperature of the electrolyte has a positive influence on both reactions because it lowers the overpotential significantly. The half-cell measurements, where the spinel powder is used as catalytic material in a gas diffusion electrode, yield good results at low current densities. At higher current densities a strong increase of the potential difference between OER and ORR can be observed.

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