Tafelmaterial

Der Begriff Tafelmaterial bezeichnet in der Elektrochemie das Material, das als Arbeits- bzw. Elektrodenmaterial in elektrochemischen Zellen dient. Es wird eingesetzt, um Reaktionen zu katalysieren, Oberflächenprozesse zu untersuchen und Polarisationsexperimente durchzuführen. Der Name leitet sich von der Tafelgleichung ab, die den Zusammenhang zwischen Überpotential und Stromdichte beschreibt und zur Bestimmung der Tafel-Slopes dient.

Wichtige Eigenschaften eines Tafelmaterials sind elektrische Leitfähigkeit, chemische Stabilität in der Einsatzlösung, Aktivität/Katalyse für die gewünschte Reaktion, eine große reale Oberfläche, Korrosionsbeständigkeit und Wirtschaftlichkeit. Die Wahl hängt vom Anwendungskontext ab, etwa HER, OER, ORR, CO2-Reduktion, Brennstoffzellen oder Energiespeicherung.

Zu typischen Materialklassen gehören metallische Elektroden wie Platin, Gold, Nickel, Eisen, Kobalt und Kupfer; kohlenstoffbasierte Elektrodensysteme wie Graphit, Glaskohlenstoff, Kohlenstoffnanoröhren und Graphen; Metalloxide wie RuO2, IrO2 und MnO2; sowie Perowskite und leitfähige Polymere. Oft werden Kombinationen oder Beschichtungen eingesetzt, um Stabilität und Aktivität zu verbessern.

Die Leistungsfähigkeit von Tafelmaterialien wird unter anderem durch Polarisationskurven und Tafelplots beurteilt. Aus der Tafelgleichung lassen sich Steigung (Tafel-Slope) und Austauschstromdichte ableiten, was Rückschlüsse auf Mechanismen und kinetische Limitierungen zulässt.

Techniken zur Herstellung und Immobilisierung umfassen elektrochemische Abscheidung, Physical Vapor Deposition (Sputtern, CVD) und Tropfen-/Druckbeschichtungen auf leitfähigen Substraten wie Glaskohlenstoff, Gold oder Platin. Zentrale Herausforderungen sind Stabilität unter Betrieb, Degradation, Löslichkeit und Fouling.

Siehe auch: Tafelgleichung, Polarisation, Elektrochemie, Elektrodenmaterial.