Der Open-Access-Fachartikel „Key Control Characteristics of Carbon Black Materials for Fuel Cells and Batteries for a Standardized Characterization of Surface Properties“ wurde von Wiley als „Top Viewed Article 2025“ ausgezeichnet. Die Veröffentlichung erschien 2024 online in der Fachzeitschrift Particle & Particle Systems Characterization und wurde Anfang 2025 in der Druckausgabe veröffentlicht.
Zu den Autoren zählen Erstautor Amin Said Amin sowie Dietmar Lerche, Geschäftsführer der Berliner LUM GmbH. Die Arbeit beschäftigt sich mit der standardisierten Charakterisierung von Carbon Blacks (CB), die als funktionelle Komponenten in Batterien, Brennstoffzellen und weiteren elektrochemischen Anwendungen eingesetzt werden.
Schlüsselmerkmale für die Materialcharakterisierung
Carbon Blacks dienen in elektrochemischen Systemen häufig als nanoskalierte Trägermaterialien. Ihre Oberflächeneigenschaften beeinflussen unter anderem die Formulierung von Elektrodenpasten, Beschichtungsprozesse und die Eigenschaften der fertigen Elektrodenschichten. Damit wirken sie sich auf Leistungsfähigkeit und Lebensdauer von Batterien und Brennstoffzellen aus.
Im Mittelpunkt der Studie stehen sogenannte Key Control Characteristics (KCC), also anwendungsrelevante Schlüsselmerkmale für die Bewertung von Carbon Blacks. Dazu zählen unter anderem die elektrische Leitfähigkeit, Oberflächenfunktionalitäten, Säure- und Baseneigenschaften, die Wechselwirkung mit Ionomeren sowie die Dispergierbarkeit der Partikel.
Zur Bestimmung dieser Eigenschaften nutzen die Autoren verschiedene Messmethoden, darunter die Boehm-Titration, die Bestimmung des isoelektrischen Punkts sowie Hansen-Dispergierbarkeitsparameter. Für die Untersuchung der Dispergierbarkeit kommt unter anderem die analytische Zentrifugation zum Einsatz.
Ergebnisse fließen in Normungsarbeit ein
Die Forschungsarbeiten bauen auf Methoden zur Charakterisierung von Partikeleigenschaften und Partikelwechselwirkungen auf, die seit vielen Jahren in der Brennstoffzellen- und Batterieforschung eingesetzt werden. Insbesondere die Kombination analytischer Verfahren mit Röntgendetektion ermöglicht die Untersuchung konzentrierter Batteriepasten und unterstützt die Prozess- und Qualitätskontrolle bei der Elektrodenherstellung.
Nach Angaben der Autoren haben die Forschungsergebnisse bereits Eingang in einen Normungsentwurf der International Electrotechnical Commission (IEC) gefunden. Der Entwurf im Technischen Komitee TC 113 befasst sich mit Hansen-Dispergierbarkeitsparametern von Carbon Black für Elektroden elektrochemischer Systeme und deren Bestimmung mittels Sedimentationsgeschwindigkeitsmessung.
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