Titanfaserfilz ist ein filzartiges Material aus Fasern aus reinem Titan oder einer Titanlegierung. Diese Art von Filzmaterial wird typischerweise durch Sintern, Pressen oder andere Verarbeitungstechniken unter Verwendung von Titanfasern hergestellt. Titanfaserfilz weist eine hervorragende Hochtemperaturbeständigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und findet breite Anwendung in Branchen wie der Wärmetechnik, der Luft- und Raumfahrt sowie der Chemietechnik. Es verfügt über eine gute thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie eine gewisse mechanische Festigkeit und Stabilität, wodurch es für Anwendungen wie Isolierung, Filtration und Adsorption in Umgebungen mit hohen Temperaturen geeignet ist.
Anoden-Gasdiffusionsschicht aus Titanfaserfilz
Als Substrat für die Platinkatalysatorabscheidung dient gesinterter Titanfaserfilz. Die verwendete Probe ist kreisförmig, hat einen Durchmesser von 30 mm und eine Dicke von 1 mm sowie eine Porosität von mehr als 70 %. Die spezifischen Behandlungsschritte sind wie folgt:
Entfernung von Oxidschichten
Der Titanfilz wurde in eine Elektrolytsäurelösung auf Basis von Salpetersäure und Flusssäure mit einem pH-Wert von 0,5 bei Raumtemperatur getaucht. Anschließend wurde eine Spannung von 2,5 V an den Filz angelegt, wodurch die Titanoberfläche anodisch aufgelöst wurde.
Reinigung von Argongas
Nach dem Spülen mit entionisiertem Wasser wird die Oberfläche des Titanwerkstücks einer Plasmabehandlung in Argon unterzogen, um alle verbleibenden Verunreinigungen auf der Titanoberfläche zu entfernen.
Überzug
Es werden kontinuierlich plasmaphysikalische Reinigungsprozesse durchgeführt, gefolgt von einer weiteren Spülung mit entionisiertem Wasser. Die Titanfasern werden sofort mit einem elektrochemischen Verfahren in einer Argonumgebung mit Platin plattiert. Die Parameter sind auf einen pH-Wert von 8 und eine Temperatur von 50 Grad eingestellt. Der Galvanisierungsprozess wird 10 Minuten lang bei einer konstanten Kathodenspannung von -3,2 V relativ zur Referenzelektrode durchgeführt. Bei diesem Galvanisierungsprozess wird die Titanelektrode elektrisch zwischen zwei angeschlossenen Referenzelektroden platziert. Die Einschaltzeit ist auf 10 Millisekunden und die Ausschaltzeit auf 56,7 Millisekunden eingestellt, was zu einem Arbeitszyklus von 15 % in jedem Zyklus führt. Der zweite Teil des Galvanikvorgangs wird weitere 10 Minuten wiederholt.
MEA-Versammlung
Die Elektrode wurde mit einer protonenleitenden Ionomerlösung in 5 Gew.-% Ethanol imprägniert und anschließend mit Platin plattiert. Die Lösung wurde mittels Airbrush auf die Elektrode gegossen, während die Titan-basierte Elektrode mit einem beheizten Probenhalter verbunden ist. Die Temperatur wird auf 60 Grad eingestellt, um die Verdunstung von Ethanol von der Elektrodenoberfläche zu beschleunigen.
Zusammenbau zu einer Bipolarplattenkonfiguration, insgesamt 20 Sätze.
Platinbeschichtung auf Titanfilz
Die folgenden Mikroskopbilder zeigen mit Platin beschichtete gesinterte Titanfasern. Die auf der Außenseite des Filzes befindlichen Fasern können die gesamte Beschichtung abschirmen, ein Effekt, der durch die Verteilung des elektrischen Feldes innerhalb der Primärzelle (wo sich die Arbeitselektrode zwischen zwei Gegenelektroden befindet und parallel zu diesen liegt) erklärt wird. Die Beschichtung reicht aus, um eine langzeitstabile Haftung der Platin-Nanopartikel zu gewährleisten. Das folgende Bild zeigt mikroskopische Fotos von Platinpartikeln, die mithilfe eines Pulse-Plating-Verfahrens auf galvanisierten Titanfasern abgeschieden wurden.
