Humans on Mars

Projektbeschreibung

Die Erforschung des Weltraums durch den Menschen wird stark durch die Verf¨¹gbarkeit von In-situ-Ressourcen beeintr?chtigt. Diese Ressourcen sind f¨¹r die Senkung der Transportkosten und die Errichtung st?ndiger menschlicher Au?enposten, z.B. auf dem Mond oder dem Mars, unerl?sslich. Unter diesen Ressourcen ist Sauerstoff eine kritische Voraussetzung, da er in gro?en Mengen produziert werden muss - vor allem f¨¹r Weltraumtransportsysteme und Lebenserhaltungssysteme - und dabei m?glichst wenig Energie verbraucht werden soll. Die alkalische Wasserelektrolyse ist eine vielversprechende Methode zur Aufspaltung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff, die entweder mit elektrischer Energie oder direkt mit Sonnenenergie betrieben wird. W?hrend dieses Prozesses kommt es jedoch durch die Keimbildung, das Wachstum und die Abl?sung von Blasen an der Elektroden-Elektrolyt-Grenzfl?che zum "Blaseneffekt", der die Leistung beeintr?chtigt. Blasen verringern die aktive Oberfl?che f¨¹r elektrokatalytische Reaktionen und verbessern gleichzeitig den Stofftransport, indem sie Gasmolek¨¹le aus der ¨¹bers?ttigten L?sung auffangen.

In diesem Projekt "Bubble Trouble", welches Teil der Initiative "Humans on Mars" ist, wollen wir Elektroden mit unterschiedlich komplexen Oberfl?chen - von flach bis nanostrukturiert - aus Nickel und Eisen untersuchen. Unser Ziel ist es, die Wechselwirkungen zwischen strukturellen und thermodynamischen Parametern (wie Geometrie und Oberfl?chenspannung) und Betriebsparametern (einschlie?lich Temperatur, Druck und Elektrodenpotential) w?hrend der Bildung, des Wachstums und der Abl?sung von Blasen besser zu verstehen. Dies wird durch eine Verschmelzung von Materialwissenschaft und -technik, fortschrittlichen zeitaufgel?sten elektroanalytischen Techniken und °ÄÃŻʹÚ_»Ê¹Ú×ãÇò±È·Ö-¾¢±¬ÌåÓýphasiger, °ÄÃŻʹÚ_»Ê¹Ú×ãÇò±È·Ö-¾¢±¬ÌåÓýskaliger fluiddynamischer Modellierung erreicht werden. Das endg¨¹ltige Ziel ist die Optimierung des Prozesses unter Bedingungen niedriger Schwerkraft.

In der Anfangsphase des Projekts simulieren wir die Bildung und Abl?sung von Blasen direkt in unseren Laboren. Mit Hilfe von Mikroelektroden - blo?e Querschnitte eines Platindrahtes mit einem Durchmesser von 25um - erforschen wir diesen Prozess auf kontrollierte, beobachtbare Weise. Ein Beispiel f¨¹r diesen Vorgang, bei dem eine Blase periodisch w?chst und sich abl?st, zeigt ein Video. W?hrend das Wachsen und Abl?sen der Blase von einer Kamera verfolgt wird, erfassen wir zeitaufgel?ste Impedanzspektren durch dynamische Multifrequenzanalyse. Diese Daten geben tiefe Einblicke in die elektrochemischen Eigenschaften des Systems und enth¨¹llen wertvolle Informationen ¨¹ber die Geschwindigkeit der Oberfl?chenreaktion und den Ladungstransferwiderstand, den Widerstand der L?sung und die Auswirkungen von Diffusion und Konvektion auf die Wasserstoff- und Ionenkonzentration.