OT Berlin: Großes Interesse für Junge Kollegen – Teil 2 –

Plasmaelektrolytische Oxidation von Aluminium

Claudia Albero Rojas von der TU Chemnitz berichtete von neuen Erkenntnissen im Bereich plasmaelektrolytische Oxidation von Aluminium (PEO). Die hohen Spannungen und damit extremen Bedingungen bei der PEO erlauben es, keramische Schichten aus Mischoxiden des Aluminiums mit Zirkonium herzustellen. Es wurde dabei unter anderem der Einfluss von Komplexbildnern für Zirkonium auf die Badstabilität und Zusammensetzung des Mischoxids untersucht. Ein weiterer Fokus lag auf den mechanischen Eigenschaften (Risszähigkeit) der von Natur aus spröden Keramikschichten.

Galvanoformung von Aluminium

Philip Scherzl von der HS Aalen referierte über die Galvanoformung von Aluminium- und Aluminium-Komposit-Folien. Dabei wurde ein patentiertes (EP3114721B1) Verfahren zur einstufigen, kontinuierlichen Herstellung von Kompositfolien, die als Batterieelektroden Anwendung finden, vorgestellt. Die TU Ilmenau leistet mit ihrer Expertise im Bereich Aluminiumabscheidung einen Beitrag zum Projekt. Aus diesem Projekt („KultBat“) hat in einem späteren Vortragsblock auch Michael Kaupp, HS Aalen, berichtet, und dabei analytische und Leistungsdaten (Batterietests) für die neuen Materialien vorgestellt.

Simulation der galvanischen Abscheidung

Stefan Daniel Schwöbel, von Haus aus Mathematiker, hat sich an der TU Chemnitz mit der Modellierung und Simulation der galvanischen Abscheidung beschäftigt. Dabei wurde gezeigt, dass gegenwärtige Modelle (Gleichstrom) für die Pulsstromabscheidung ungeeignet sind. So führt beispielsweise eine Betrachtung von Grenzstromdichten unter Anwendung gemittelter Stromdichten bei der Pulsabscheidung zu falschen Ergebnissen. Stefan Daniel Schwöbel hat beeindruckende Ergebnisse eigener finite-Elemente-Modelle gezeigt, die teils auf kommerziellen und teils auf eigenen Simulationswerkzeugen implementiert wurden.

Oberflächenvergrößerung mit Metallschäumen

Batterieelektroden waren Gegenstand des Beitrags von Robin Arnet, HS Aalen. Zur Stromsammlung sollten diese eine möglichst hohe spezifische Oberfläche aufweisen, was momentan beispielsweise durch Metallschäume realisiert wird. In einem neuen Ansatz werden feinmaschige Kunststoffstrukturen 3D-gedruckt, metallisiert und durch Herauslösen des Kunststoffs in eine Hohlstruktur verwandelt. Der Einfachheit halber wurde hierbei zunächst, nach Auftragen eines Graphitlackes, die Vernickelung versucht. Das Ziel ist eine Beschichtung mit Aluminium aus ionischen Flüssigkeiten. Auch das Fraunhofer IKTS Dresden, vertreten von Dr. Matthias Weiser beschäftigt sich mit Batterieelektroden: Dr. Weiser demonstriert das Potential elektrochemischer Methoden, mikrostrukturierte Siliciumanoden für Lithium­ionenbatterien mit signifikant gesteigerter Lang­zeitstabilität herzustellen.

Photoelektrokatalyse

Die diesjährige Preisträgerin des DGO Nachwuchspreises, Dr. Maria del Carmen Stich von der TU Ilmenau (Interview in Galvanotechnik 10/2023, S. 1320) berichtete über ihre Forschungsarbeit „Einfluss lokalisierter Oberflächenzustände auf die photoelektrokatalytische Leistungsfähigkeit Al-dotierter a-SiC:H basierter Photokathoden“. Die hergestellten Halbleiterschichtsysteme wurden sorgfältig charakterisiert und in einer mit künstlichem Sonnenlicht bestrahlten elektrochemischen Zelle vermessen. Das Potential der Photoelektrokatalyse im Vergleich zu klassischer Photovoltaik in Kombination mit Wasserelektrolyse wurde im Anschluss angesichts der geringen momentan erreichbaren Wirkungsgrade, diskutiert.

CO₂ binden mit Elektrochemie

Eine elektrochemische Methode zur Bindung atmosphärischen Kohlendioxids wurde von Mario Kurniawan, TU Ilmenau, vorgestellt. Das Kohlendioxid wird im Versuchsaufbau an einer Kupferkathode zu organischen Verbindungen wie Kohlenwasserstoffen reduziert. Die Kupferelektrode hat dabei eine besonders effiziente, poröse Oberfläche, die durch Kupferabscheidung bei hohen Stromdichten erzeugt wurde. Für diese Arbeit erhielt Mario Kurniawan den diesjährigen Nasser Kanani Preis.

Eine Alternative für Hartchrom?

Nurul Amanina Binti Omar, HS Mittweida, ist es gelungen, ein neues Verfahren zur Herstellung von Nickel-Phosphor-Bor Legierungsschichten zu entwickeln. Das Verfahren ist inspiriert von der Borierung und damit oberflächlichen Härtesteigerung von Großwerkzeugen durch Borpulver. Bei dem Verfahren werden Bor-Partikel in einem chemisch Nickel Dispersionsverfahren co-abgeschieden und dann durch Tempern eine homogene NiPxBy Legierungsschicht erzeugt. Diese Schicht hat eine hohe Härte und kann damit möglicherweise in einigen Anwendungen eine Alternative für Hartchrom darstellen. Durch die Verwendung von elementarem Bor gibt es keine Nachteile durch gefährliche Substanzen wie in autokatalytischen NiB-Verfahren.

Ebenfalls mit dem Thema „Hartchromersatz“ hat sich Scott Dombrowe, HS Mittweida, auseinandergesetzt. Hierbei wurden elektrolytisch abgeschiedene Nickel-Wolfram-Legierungen als harte und verschleißfeste Schichten untersucht. Scott Dombrowe hat systematisch den Einfluss der Abscheideparameter auf den Wolframgehalt und die Härte erforscht.

Neue Legierung für PEM-Elektrolyseure

Ein etabliertes galvanisches Legierungsschichtsystem wurde im Beitrag von Carlos Aziz (vorgetragen von Dr. Martin Leimbach) für eine neue Anwendung erforscht und weiterentwickelt. Es stellt sich heraus, dass Zinn-Nickel durch seine hohe Korrosions- und Medienbeständigkeit sehr gut für den Einsatz in PEM-Elektrolyseuren geeignet ist. In der vorgestellten Arbeit wurde versucht, die Korrosionsbeständigkeit von SnNi durch verschiedene Passivierungsmethoden weiter zu erhöhen.