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DE19644628C2 - Verfahren zur Herstellung einer inerten Kathode für die selektive Sauerstoffreduktion und Anwendung der hergestellten Kathode - Google Patents

Verfahren zur Herstellung einer inerten Kathode für die selektive Sauerstoffreduktion und Anwendung der hergestellten Kathode

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DE19644628C2
DE19644628C2 DE19644628A DE19644628A DE19644628C2 DE 19644628 C2 DE19644628 C2 DE 19644628C2 DE 19644628 A DE19644628 A DE 19644628A DE 19644628 A DE19644628 A DE 19644628A DE 19644628 C2 DE19644628 C2 DE 19644628C2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung einer inerten Kathode, die einen porösen Träger und einen Überzug aus einem Katalysator­ material, basierend auf halbleitenden Clustern aus mindestens einem Übergangsmetall und einem Chalkogen, aufweist, für die selektive Sauerstoff­ reduktion in saurem Medium zur elektrochemischen Energieumwandlung in einer Methanol-Brennstoffzelle sowie auf Verwendungen der mit dem Verfahren hergestellten Kathode und auf die Kathode selbst.
Mit der emissionsfreien Brennstoffzellentechnik kann elektrischer Strom ohne den Umweg über die Wärmeproduktion effizient und umweltfreundlich hergestellt werden. Brennstoffzellen sind elektrochemische Zellen, die kontinuierlich die chemische Energieänderung einer Brennstoff-Oxidations­ reaktion in elektrische Energie umwandeln. Dabei bildet der Multielektronen­ transfer die physikalische Grundlage für die Energieumwandlung. An der Anode werden Brennstoffmoleküle unter Elektronenabgabe oxidiert, an der Kathode erfolgt die Reduktion des Oxidationsmittels unter Aufnahme von Elektronen. Die an der Anode und der Kathode gebildeten Ionen wandern im Elektrolyten und vereinigen sich dort, unter Schließung des Stromkreises zu Wasser und Kohlendioxid als Restprodukte. Die Verwendung einer Elektrolytsäure stellt dabei einen natürlichen Schutz gegen verunreinigende Carbonatbildung dar.
Der Einsatz von einfachem Methanol als ungefährlichem Brennstoff mit hoher Energiedichte ermöglicht einen Betrieb der Brennstoffzelle im niedrigen Temperaturbereich zwischen 80°C und 120°C. Dabei bildet der Methanol- Durchbruch jedoch eine Schwierigkeit. Das für die Kathode bislang am häufigsten eingesetzte Katalysatormaterial ist Platin mit einer breiten Katalysefähigkeit, auch gegenüber Methanol, was zu einer Vergiftung der Platinelektrode führen kann. Deshalb und wegen der hohen Materialkosten bei Platin wurde verstärkt nach neuen Katalysatormaterialien gesucht, die selektiv reagieren. Hierbei stieß man auf halbleitende Cluster-Verbindungen von Übergangsmetallen, die in eine Matrix von Chalkogenatomen eingebettet sind. Diese Clusterverbindungen mit sogenannter "Chevrelphasenstruktur" wirken selektiv, d. h., dass sie Methanol weder oxidieren noch reduzieren, sondern nur den Sauerstoff reduzieren. Das erspart den Einsatz aufwendiger und unzuverlässiger Membranen, um Methanol von der Kathode fernzuhalten. Die Gewinnung dieses Katalysatormaterials ist jedoch schwierig und nur im Hochtemperaturbereich um 1100°C möglich. Deshalb suchte man nach anderen Verfahren, um Materialien mit ähnlichen Eigenschaften herzustellen.
Der DE 36 24 054 A1 ist die Beschreibung einer inerten Elektrode aus einem halbleitenden Molybdänclusterchalkogenid mit katalytischer Wirksamkeit für die Sauerstoffreduktion zu Wasser in Brennstoffzellen zu entnehmen. Dieses Mischclustermaterial ist polykristallin und weist in gemahlenem Pulverzustand eine die Schichtstärke auf der Elektrode bedingende Korngröße zwischen 1 µm und 5 µm auf, sodass nach Vermischung mit dem Lösungsmittel ein grobdisperses Stoffsystem vorliegt. Nach Aufbringen einer kleinen Flüssigkeitsmenge und anschließender Verdunstung des Lösungsmittels ist die Clusterverteilung auf der Elektrodenoberfläche deshalb nicht homogen, was zu einer Verschlechterung der selektiven und katalytischen Eigenschaften der Elektrode führen kann.
In der DE 38 02 236 A1 ist beschrieben, wie aus einer Mischung von umzu­ setzenden Stoffen (Metallcarbonyl, chalkogenhaltige Verbindung und inertes organisches Lösungsmittel) unter Temperatureinwirkung ein Pulver oder eine dünne Schicht bzw. Film hergestellt und für eine inerte Elektrode mit katalytischer Wirksamkeit in Brennstoffzellen verwendet wird. Das erzeugte Metallchalkogenid ist jedoch wiederum polykristallin und führt im Lösungsmittel auch hier zu einem grobdispersen System. Es weist koagulierte Cluster mit einem Durchmesser im µm-Bereich auf, die aufgrund ihrer Größe ebenfalls nicht zu einer homogenen Verteilung - trotz der hier offenbarten Methode der sprühpyrolytischen Abscheidung mit einem relativ hohen Stoffeinsatz - im Überzug auf der Elektrode führen und eine örtlich unterschiedlich katalytische und selektive Wirksamkeit bedingen können. Dabei ist die Schichtstärke des Überzuges durch die Clustergröße nach unten begrenzt.
Der Stand der Technik, von dem die Erfindung ausgeht, wird basierend auf den vorstehend gemachten allgemeinen Ausführungen gebildet von dem Aufsatz "Novel Low-Temperature Synthesis of Semiconducting Transition Metal Chalcogenide Electrocatalyst for Multielectron Charge Transfer: Molecular Oxygen Reduction" von O. Solorza-Feria et al., Electrochimica Acta, Vol. 39, No. 11/12 (1994), pp. 1647-1653. Diesem Aufsatz ist zu entnehmen, dass halbleitendes Clustermaterial der Formel (Ru1-xMox)ySeOz mit 0.02 < x < 0,04, 1 < y < 3 und z ≅ 2y aus einer Mischung der Metallcarbonyle Ru3(CO12) und Mo(CO)6 und Selen durch eine nasschemisch-organische Niedertemperatur­ synthese in Xylol als Lösungsmittel gewonnen werden kann. Die entstandenen Mischcluster basieren also auf zwei Übergangsmetallen und einem Chalkogen. Sie können in Form von Pulver oder Dünnschichten (< 0,5 µm) für den Überzug der inerten Kathode zur Verfügung gestellt werden. Das Clustermaterial in diesen Erscheinungsformen hat eine mit Platin vergleichbare elektrokatalytische Aktivität in Bezug auf die Sauerstoffreduktion im sauren Medium und reagiert selektiv. Dabei werden diese Eigenschaften jedoch begrenzt durch die Packungsdichte der einzelnen Cluster im Überzug, die durch die Erscheinungsformen als Pulver mit koagulierten Clustern oder als Dünnschicht mit eng benachbarten Clustern bedingt ist und zu einer gegenseitigen Behinderung der Cluster in ihrer Wirkung führen kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik ist daher darin zu sehen, ein Verfahren zur Herstellung einer inerten Kathode mit einem solchen Überzug aus einem selektiv wirksamen Katalysatormaterial anzugeben, dass eine weitere Verbesserung der Selektivität und der Katalyse der Sauerstoffreduktion in saurer methanolischer Lösung gegenüber den bekannten Verfahren bewirkt werden kann. Außerdem soll das Verfahren einfach und kostengünstig durchzuführen sein. Verwendungen der entsprechend hergestellten Kathoden in besonderen Brennstoffzellen sollen möglich sein.
Dieses Ziel wird, ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art, erfindungsgemäß dadurch erreicht, dass in einem organischen Lösungsmittel bei Siedetemperatur und in Gegenwart eines Dispersionsstabilisators, der eine Siedetemperatur oberhalb der des Lösungsmittels aufweist, aus mindestens einem halbleitenden Übergangsmetallcarbonyl und einem Chalkogen im Lösungsmittel kolloidal verteilte Cluster gebildet werden und ein poröser und elektrisch leitfähiger Träger in das die Cluster enthaltende Lösungsmittel getaucht, anschließend bei Raumtemperatur getrocknet und danach bei einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur des Dispersionsstabilisators getempert wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist ohne größeren Aufwand bezüglich Apparaturen und Kosten durchführbar und erzielt beste Ergebnisse. Durch das Eintauchen in das kolloidale Katalysatormaterial wird die Kathodenoberfläche gleichmäßig mit einem flüssigen Überzug versehen. Nach Trocknen des Überzuges, insbesondere zur Beschleunigung des Trocknungsprozesses auch im Vakuum, sind die festen Bestandteile des Kolloids in kolloiddisperser homogener Verteilung auf dem Träger fixiert. Noch vorhandene Fremdstoffe können dann durch den Tempervorgang einfach verdampft werden, ohne das Katalysatormaterial zu beschädigen. Das Lösungsmittel ist die Trägersubstanz. Der Dispersionsstabilisator als langkettiger Stabilisator verhindert durch Anlagerung an die Cluster deren Zusammenbacken zu einem Pulver. Seine einzusetzende Menge richtet sich nach dem Clustervorkommen im Lösungsmittel und ist über das Molverhältnis der einzelnen Komponenten ermittelbar. Die Umsetzungsreaktion erfolgt bei der Siedetemperatur des Lösungsmittels nahezu unabhängig von den eingesetzten Komponenten. Die Lage der Siedetemperatur des Dispersionsstabilisators oberhalb der Siedetemperatur des Lösungsmittels gewährleistet die Entfernbarkeit des Lösungsmittels, ohne den Dispersionsstabilisator und damit die Feinverteilung der Cluster zu beeinflussen. Der Dispersionsstabilisator wird erst im Temper­ vorgang entfernt, sodass sich dann nur noch die homogen fein verteilten Cluster auf der Kathodenoberfläche befinden und den festen Überzug bilden.
Die vorteilhaften Eigenschaften des erfindungsgemäßen Verfahrens werden durch eine Erscheinungsform des Katalysatormaterials in Form einer kolloidalen Verteilung der Cluster im Lösungsmittel ermöglicht, die einfach zu erreichen ist. Somit kann das erforderliche Clustermaterial maßgeschneidert für die hohe elektrokatalytische Aktivität zur Verfügung gestellt werden. Durch den mit dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugbaren Überzug mit einem geringen Bedeckungsgrad aus einzelnen, homogen verteilten Clustern können diese ihre volle katalytische und selektive Aktivität entfalten, ohne sich gegenseitig zu behindern. Diese Aktivierung jedes einzelnen Clusters erzielt eine hohe Wirkungsdichte. Dabei übersteigt die Katalysefähigkeit noch jene von den Materialien in den oben genannten Erscheinungsformen. Die mit der Erfindung erreichte kolloiddisperse, d. h. sehr feinverteilte Anordnung der einzelnen Cluster in einem homogenen Erscheinungsbild schützt die Kathode wirksam vor Katalysatorvergiftung und damit vor Abnahme der Aktivität. Aufwendige Membranen sind nicht erforderlich. Zusammen mit dieser verbesserten Selektivität bei der Sauerstoffreduktion und der damit verbundenen Langzeitstabilität liegt die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Kathode mit ihrem Überzug damit gegenüber einem Überzug mit einem Pulver oder einer Dünnschicht im Vorteil. Hinzu kommt, dass durch die weiträumige Verteilung der einzelnen Cluster, die zu dem geringen Bedeckungsgrad der Kathodenoberfläche führt, auch der erforderliche Materialeinsatz entsprechend gering ist. Außerdem ist das Katalysatormaterial sehr temperaturstabil, sodass Wärmebehandlungen durchgeführt werden können.
Die Herstellung der kolloidalen Lösung kann besonders einfach und preiswert im Bereich der Siedetemperatur des Lösungsmittels durch nasschemisch­ organisch Synthese erfolgen. Dieses Herstellungsverfahren erfolgt in Analogie zu dem Herstellungsverfahren der bekannten Katalysatormaterialien in Pulver- oder Dünnschichtform, welches in der oben zuletzt genannten Druckschrift offenbart wird. Es basiert auf einer Zusammenführung eines oder mehrerer Metallcarbonyle mit einem Chalkogen im Lösungsmittel. Bei der Erfindung kommt noch der Dispersionsstabilisator hinzu.
Die Palette der Metallcarbonyle M (auch als Kombination mehrerer Metallcarbonyle) ist umfangreich und enthält insbesondere:
  • - M(CO)6 mit M = Mo, W
  • - M3(CO)12 mit M = Ru, Os
  • - M4(CO)12 mit M = Co, Rh, Ir
  • - M6(CO)16 mit M = Co, Rh, Ir
Die Palette der Chalkogene umfasst X = Se, Te, S. Hierbei rufen die 8-Ring- Chalkogene, z. B. rotes Selen und Schwefel, durch ihre Reinheit besonders gute Eigenschaften für die Synthese hervor.
Als organische Lösungsmittel sind geeignet:
Die Palette der langkettigen Dispersionsstabilisatoren ist ebenfalls umfangreich. Geeignet sind insbesondere:
Nach einer Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es besonders vorteilhaft, wenn als Lösungsmittel Xylol und als Dispersionsstabilisator 1-Octa­ decanthiol verwendet werden. Xylol hat eine Siedetemperatur von 140°C, 1-Oc­ tadecanthiol siedet bei 185°C.
Die Grundlage des bei dem erfindungsgemäßen Verfahren einsetzbaren Katalysatormaterials zur Bildung einer kolloiddispersen Clusterverteilung bilden halbleitende Übergangsmetalle, insbesondere Molybdän (Mo), Wolfram (W), Ruthenium (Ru), Osmium (Os), Kobalt (Co), Rhodium (Rh) und Iridium (Ir), sowie die Chalkogene Schwefel (S), Selen (Se), insbesondere rotes Selen, und Tellur (Te). Aus diesen Elementen können jeweils unter Beteiligung von Sauerstoff (O) binäre Cluster und ternäre Mischcluster erzeugt werden.
Nach einer Fortführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es jedoch vorteilhaft, wenn Cluster aus Ruthenium und Schwefel oder Selen bei einem Molverhältnis von Ruthenium zu Schwefel oder Selen im Bereich zwischen 0,5 und 2 gebildet werden. Derartige Cluster weisen eine besondere Resistenz gegenüber Elektrolytsäuren auf und rufen durch den 8-Ring-Aufbau bei Schwefel und rotem Selen besonders herstellungsgünstige Eigenschaften bei der Synthese hervor.
Entsprechend einer weiteren Erfindungsausgestaltung ist es auch günstig, wenn Cluster aus Ruthenium und Selen in der stöchiometrischen Form (Ru)nSe mit n = 1,5 bis 2, insbesondere 1,7, gebildet werden. Cluster mit diesem stöchio­ metrischen Aufbau als Katalysatormaterial erfüllen die Forderungen nach hoher katalytischer und selektiver Aktivität in besonders ausgezeichnetem Maße.
Die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren herstellbare inerte Kathode ist durch den Überzug aus dem katalytisch und selektiv hochreaktiven Material wirksam vor chemischen Angriffen geschützt, sodass keine teuren Kathodenaufbauten mit Platin oder ähnlichen Edelmetallen oder Verbindungen erforderlich sind.
Deshalb weist die Kathode einen porösen und elektrisch leitfähigen Träger auf. Die Porosität bewirkt eine hohe spezifische Kathodenoberfläche für die Reaktionen. Bei den Trägern kann es sich um preiswerte Substrate, insbesondere aus rußartigem Kohlenstoff, handeln, die für den Einsatz in einer Gasdiffusionselektrode in Brennstoffzellen besonders geeignet sind. Gasdiffusionselektroden sind dreiphasig mit einer hydrophoben und einer hydrophilen Schicht und einer dazwischenliegenden reaktiven Festkörperschicht aufgebaut. Der Einsatz von herkömmlichen Substraten, wie beispielsweise verglastem Kohlenstoff- oder Indium-Zinn-Oxid (ITO)-Substrat, ist ebenfalls möglich.
Bei Brennstoffzellen mit einem alkalischen Elektrolyt können Verunreinigungen des Elektrolyten durch Kohlendioxid auftreten, das in alkalischen Lösungen Carbonat entstehen lässt. Dadurch verringern sich die Leitfähigkeit des Elektro­ lyten und die Lebensdauer der Elektroden. Deshalb ist es günstiger, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte inerte Kathode in Brennstoffzellen mit einem sauren Medium zu verwenden, insbesondere gemäß einer besonders vorteilhaften Anwendung in einer Methanol-Brennstoffzelle mit Schwefelsäure als flüssigem Elektrolyt. Schwefelsäure als flüssiges Elektrolyt findet den häufigsten Einsatz. Der Einsatz von Phosphorsäure ist ebenfalls möglich, diese ist aber nur bei hohen Temperaturen (300°C) leitfähig. Des Weiteren kann für die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte inerte Kathode eine besonders vorteilhafte Anwendung in einer Methanol-Brennstoffzelle vorge­ sehen sein, die als Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausgeführt ist. Eine solche Brennstoffzelle arbeitet bei Atmosphären- oder Überdruck und Arbeitstem­ peraturen zwischen 80°C und 100°C. Das energiereiche Methanol wird zur Wasserstoffgewinnung direkt ohne eine Umleitung über einen Reformator gekrackt.
Bei einer Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der die Cluster mit Ruthenium als Übergangsmetall und Selen als Chalkogen in der stöchiometrischen Form (Ru)nSe vorliegen, wobei n zwischen 1,5 und 2, insbesondere bei 1,7 liegt, und einer Tempertemperatur oberhalb der Siedetemperatur des Dispersionsstabilisators (bevorzugt bei 208°C) sind somit alle Komponenten gegeben, um eine optimale Kathode mit ausgezeichneten katalytischen und selektiven Eigenschaften zu erhalten. Dabei werden nur ca. 3,1 ng Katalysatormaterial pro cm2 wirksamer Elektrodenfläche aufgrund seiner kolloiddispersen Verteilung benötigt, was äußerst kostengünstig ist. Es kann daher mit dem erfindungsgemäßen Verfahren besonders vorteilhaft eine inerte Kathode für die selektive Sauerstoffreduktion in einer Methanol-Brennstoffzelle mit einem porösen und elektrisch leitfähigen Träger, der mit einem katalytischen Material, basierend auf halbleitenden Clustern aus mindestens einem Übergangsmetall und einem Chalkogen überzogen ist, wobei die Cluster eine Größe von 3 nm bis 4 nm aufweisen, hergestellt werden.
Im folgenden wird eine Synthese des Katalysatormaterials kurz erläutert:
In einem Kolben mit Rückflusskühler wird das Lösungsmittel Xylol (100 ml) für 10 min mit Argon gespült, um Sauerstoff, der mit den Komponenten reagieren würde, zu entfernen. Dann wird pulverförmiges Selen (18 mg; 22,8 µM) im Xylol durch Erhitzen auf 140°C gelöst und die Lösung danach wieder auf Raumtemperatur abgekühlt. Das halbleitende Übergangsmetallcarbonyl Triruthe­ niumdodeca-carbonyl (Ru3(CO)12; 72,9 mg; 11,4 µM) und der Dispersions­ stabilisator 1-Octadecanthiol (220 mg; 76,9 µM) werden hinzugefügt. Dabei beträgt die Dispersionsstabilisatormenge ungefähr das Dreifache der Carbonyl­ menge bei einem Molverhältnis von 6,75. Die Clusterbildung verläuft dann nach Erhitzen auf die Xylol-Siedetemperatur von 140°C über einen Zeitraum von ungefähr 20 h. Während der Reaktion wird das Kolloid ständig gerührt und durch Rückfluss gekühlt.
Die Zufügung eines Substrats zur Ablagerung eines Pulvers oder einer dünnen Schicht während der Clusterbildung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, ist bei der Herstellung des Kolloids nicht erforderlich. Die Ausbeute beträgt 100%, d. h. alles eingebrachte Material wird auch umgesetzt. Verluste, beispielsweise durch Ablagerungen an der Kolbeninnenseite, wie sie bei der Pulverbildung bekannt sind, entstehen nicht.
Die gebildeten Cluster haben eine Größe von 3 nm bis 4 nm. Die stöchio­ metrische Zusammensetzung nach der Rutherford Backscattering Technik (RBS), gemessen auf einer dünnen Schicht von 6 nm bis 70 nm auf einem verglasten Kohlenstoffsubstrat (Glassy Carbon GC), ergibt sich zu Ru1,7Se, wie es in einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung beschrieben wird.
In der Figur wird der negative Verlauf der elektrochemischen Sauerstoff­ reduktionsströme in Abhängigkeit vom Elektrodenpotential (NHE - normal hydrogen electrode, Bezugselektrode) für mehrere gleiche, getemperte Schei­ benelektroden aus verglastem Kohlenstoff, die jeweils mit einer dünnen Schicht aus 5 µl kolloidaler Lösung vom katalytisch wirksamen Material Ru1,7Se bedeckt sind, in 0,5 M Schwefelsäure gezeigt. Dabei stellen die senkrechten Striche entlang der Kurve die geringen Fehlerbalken für die mehrfach durchgeführten Messungen dar. Der Verlauf bleibt nach Zugabe von 1 M Methanol unverändert, was auf die hohe Selektivität der erfindungsgemäßen inerten Kathode hindeutet. Der Aktivierungsbereich liegt im unteren Geradenbereich der Kurve und ist bei Einsatz von Methanol besser als der von Platin, was die gute katalytische Eigenschaft der erfindungsgemäßen Kathode mit ihrem kolloiddispersen, homogenen Überzug, der erfindungsgemäß aus einem Kolloid abgeleitet wurde, beweist.

Claims (7)

1. Verfahren zur Herstellung einer inerten Kathode, die einen porösen Träger und einen Überzug aus einem Katalysatormaterial, basierend auf halbleitenden Clustern aus mindestens einem Übergangsmetall und einem Chalkogen, auf­ weist, für die selektive Sauerstoffreduktion in saurem Medium zur elektro­ chemischen Energieumwandlung in einer Methanol-Brennstoffzelle, dadurch gekennzeichnet, dass in einem organischen Lösungsmittel bei Siedetemperatur und in Gegenwart eines Dispersionsstabilisators, der eine Siedetemperatur oberhalb der des Lösungsmittels aufweist, aus mindestens einem halbleitenden Übergangsmetall­ carbonyl und einem Chalkogen im Lösungsmittel kolloidal verteilte Cluster gebildet werden und ein poröser und elektrisch leitfähiger Träger in das die Cluster enthaltende Lösungsmittel getaucht, anschließend bei Raumtemperatur getrocknet und danach bei einer Temperatur oberhalb der Siedetemperatur des Dispersionsstabilisators getempert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Lösungsmittel Xylol und als Dispersionsstabilisator 1-Octadecanthiol verwendet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Cluster aus Ruthenium und Schwefel oder Selen bei einem Molverhältnis von Ruthenium zu Schwefel oder Selen im Bereich zwischen 0,5 und 2 gebildet werden.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass Cluster aus Ruthenium und Selen in der stöchiometrischen Form (Ru)nSe mit n = 1,5 bis 2, insbesondere 1,7, gebildet werden.
5. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Kathode in einer Methanol-Brennstoffzelle, die als Direkt-Methanol-Brennstoffzelle ausge­ führt ist.
6. Verwendung der nach einem der Ansprüche 1 bis 4 hergestellten Kathode in einer Methanol-Brennstoffzelle mit Schwefelsäure als flüssigem Elektrolyt.
7. Inerte Kathode für die selektive Sauerstoffreduktion in einer Methanol- Brennstoffzelle mit einem porösen und elektrisch leitfähigen Träger, der mit einem katalytischen Material, basierend auf halbleitenden Clustern aus mindestens einem Übergangsmetall und einem Chalkogen überzogen ist, wobei die Cluster eine Größe von 3 nm bis 4 nm aufweisen.
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