TY - JOUR A1 - Grothausmann, R. A1 - Zehl, G. A1 - Manke, I. A1 - Fiechter, S. A1 - Bogdanoff, P. A1 - Dorbandt, I. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Schumacher, G. A1 - Banhart, J. T1 - Dreidimensionale Charakterisierung von Katalysatornanopartikeln N2 - We present transmission electron microscope (TEM) tomography investigations of ruthenium-based fuel cell catalyst materials as employed in direct methanol fuel cells (DMFC). The digital three-dimensional representation of the samples not only enables detailed studies on number, size, and shape but also on the local orientation of the ruthenium particles to their support and their freely accessible surface area. The shape analysis shows the ruthenium particles deviate significantly from spherical symmetry which increases their surface to volume ratio. The morphological studies help to understand the structure formation mechanisms during the fabrication as well as the high effectiveness of these catalysts in the oxygen reduction reaction at the cathode side of fuel cells. KW - Radiography KW - Tomography KW - Neutrons KW - Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) KW - Fuel cell stack PY - 2012 SN - 1862-5282 VL - 103 IS - 1 SP - 135 EP - 136 PB - Carl Hanser CY - München AN - OPUS4-25976 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grothausmann, R. A1 - Zehl, G. A1 - Manke, I. A1 - Fiechter, S. A1 - Bogdanoff, P. A1 - Dorbandt, I. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Schumacher, G. A1 - Banhart, J. T1 - Nanometer-Tomographie: kleinste Katalysatorteilchen erblicken - Mit Elektronen und Computern die mobile Brennstoffzelle erforschen KW - Electron tomography KW - Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) KW - Reconstruction algorithm KW - DIRECTT PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1002/maco.201290007 SN - 0947-5117 SN - 1521-4176 VL - 63 IS - 2 SP - 1 PB - Wiley-VCH Verl. CY - Weinheim AN - OPUS4-26348 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grothausmann, R. A1 - Zehl, G. A1 - Manke, I. A1 - Fiechter, S. A1 - Bogdanoff, P. A1 - Dorbandt, I. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Schumacher, G. A1 - Banhart, J. T1 - Quantitative structural assessment of heterogeneous catalysts by electron tomography N2 - We present transmission electron microscope (TEM) tomography investigations of ruthenium-based fuel cell catalyst materials as employed in direct methanol fuel cells (DMFC). The digital three-dimensional representation of the samples not only enables detailed studies on number, size, and shape but also on the local orientation of the ruthenium particles to their support and their freely accessible surface area. The shape analysis shows the ruthenium particles deviate significantly from spherical symmetry which increases their surface to volume ratio. The morphological studies help to understand the structure formation mechanisms during the fabrication as well as the high effectiveness of these catalysts in the oxygen reduction reaction at the cathode side of fuel cells. KW - Electron tomography KW - Reconstruction algorithm KW - Catalyst KW - Fuel cell PY - 2011 DO - https://doi.org/10.1021/ja2032508 SN - 0002-7863 SN - 1520-5126 VL - 133 IS - 45 SP - 18161 EP - 18171 PB - American Chemical Society CY - Washington, DC AN - OPUS4-24833 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Albrecht, S. A1 - Schäfer, S. A1 - Lange, I. A1 - Yilmaz, S. A1 - Dumsch, I. A1 - Allard, S. A1 - Scherf, U. A1 - Hertwig, Andreas A1 - Neher, D. T1 - Light management in PCPDTBT:PC70BM solar cells: A comparison of standard and inverted device structures N2 - We compare standard and inverted bulk heterojunction solar cells composed of PCPDTBT:PC70BM blends. Inverted devices comprising 100 nm thick active layers exhibited short circuit currents of 15 mA/cm², 10% larger than in corresponding standard devices. Modeling of the optical field distribution in the different device stacks proved that this enhancement originates from an increased absorption of incident light in the active layer. Internal quantum efficiencies (IQEs) were obtained from the direct comparison of experimentally derived and modeled currents for different layer thicknesses, yielding IQEs of ~70% for a layer thickness of 100 nm. Simulations predict a significant increase of the light harvesting efficiency upon increasing the layer thickness to 270 nm. However, a continuous deterioration of the photovoltaic properties with layer thickness was measured for both device architectures, attributed to incomplete charge extraction. On the other hand, our optical modeling suggests that inverted devices based on PCPDTBT should be able to deliver high power conversion efficiencies (PCEs) of more than 7% provided that recombination losses can be reduced. KW - Organic solar cells KW - Inverted solar cells KW - PCPDTBT KW - Low band-gap KW - Optical modeling PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1016/j.orgel.2011.12.019 SN - 1566-1199 VL - 13 IS - 4 SP - 615 EP - 622 CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-25453 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. A1 - Zehl, G. A1 - Dorbandt, I. A1 - Bogdanoff, P. A1 - Fiechter, S. A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Lange, Axel A1 - Kupsch, Andreas A1 - Hilger, A. T1 - Charakterisierung von Katalysatormaterialien für Brennstoffzellen mittels Elektronentomografie N2 - Zur Optimierung moderner Katalysatoren für Brennstoffzellen werden diese elektronen-tomografisch charakterisiert. Die Elektronentomografie ermöglicht einzigartige Einblicke in die Nanometer-Strukturen der metallischen Katalysatorpartikel, die auf einem elektrisch leitenden, inerten Kohlenstoffträger abgeschieden werden. Die dreidimensional bildgebende Methode ermöglicht über qualitative Untersuchungen hinaus detaillierte quantitative Form- und Strukturanalysen der Katalysatormaterialien. So werden beispielsweise die Positionen der Katalysatorpartikel relativ zum Trägermaterial analysiert. Ihre Form und Einbettung in den Träger, welche die für die katalytische Reaktion maßgebliche "freie Oberfläche" definieren, werden bestimmt. Die Elektronentomografie ermöglicht somit quantitative Vergleiche zwischen verschiedenen Katalysatormaterialien und Herstellungsverfahren. Sie erweitert die Möglichkeiten der Korrelation gewünschter elektrochemischer Eigenschaften mit der Nanostruktur dieser Materialien und macht so weitere Optimierungen der Katalysatormaterialien möglich. KW - Computed tomography KW - Reconstruction algorithm KW - Electron tomography KW - Catalyst KW - Fuel cell PY - 2010 SN - 0025-5300 VL - 52 IS - 10 SP - 706 EP - 711 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-22072 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Markötter, H. A1 - Manke, I. A1 - Kuhn, R. A1 - Arlt, Tobias A1 - Kardjilov, N. A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hartnig, C. A1 - Scholta, J. A1 - Banhart, J. T1 - Neutron tomographic investigations of water distributions in polymer electrolyte membrane fuel cell stacks N2 - Neutron tomography was applied to study the 3D water distribution in full polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) stacks. The water distribution after switch-off of the fuel cell was analyzed over a period of 36 h. We found a slowly increasing water amount in the fuel cell, but only few changes within a time period of 5 h, which is about the time necessary for neutron tomography. In this way, the requirement for successful tomography was obtained. It is demonstrated how the quasi in-situ tomography technique enables us to study the water content in individual flow field channels of three-fold stacks. Flow field as well as stack design issues are addressed by this visualization method showing weak points due to a non-uniform water distribution that can be identified by means of neutron imaging. KW - Radiography KW - Tomography KW - Neutron imaging KW - Polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC) KW - Manifold stack KW - Water management PY - 2012 DO - https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2012.07.043 SN - 0378-7753 VL - 219 SP - 120 EP - 125 PB - Elsevier CY - Amsterdam [u.a.] AN - OPUS4-26317 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - JOUR A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. A1 - Markötter, H. A1 - Hilger, A. A1 - Kardjilov, N. A1 - Tötzke, C. A1 - Banhart, J. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Krüger, P. A1 - Haußmann, J. A1 - Hartnig, C. A1 - Wippermann, K. T1 - Tomografische Methoden für die Brennstoffzellenforschung N2 - Aufgrund des hohen Wirkungsgrades und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten können Brennstoffzellen einen wichtigen Beitrag zur zukünftigen Energieversorgung leisten. Für die Optimierung der Brennstoffzellentechnik ist es erforderlich, die während des Zellbetriebs ablaufenden Prozesse zu verstehen und exakt zu charakterisieren. Ein ausbalanciertes Wassermanagement ist die Grundlage für die optimale Leistungsfähigkeit einer wasserstoffbetriebenen Zelle. Das während des Betriebs entstehende Wasser muss die Membran ausreichend befeuchten, um deren Protonenleitfähigkeit aufrechtzuerhalten. Andererseits behindern zu große Wasseransammlungen in der Zelle die Gaszufuhr durch die porösen Materialien sowie in den Kanälen der Gasverteilerstrukturen. Alterungsphänomene einzelner Zellkomponenten können die Verteilung der Wasseransammlungen und somit das Wassermanagement empfindlich stören und so die Leistungsfähigkeit der Brennstoffzelle herabsetzen. Zur Analyse der Wasserverteilung werden zerstörungsfreie, bildgebende Methoden, wie die Ex-situ-Neutronentomografie und die In-situ-Synchrotronradiografie, eingesetzt. Diese Methoden können während des Brennstoffzellenbetriebs mit weiteren Messverfahren, beispielsweise der ortsaufgelösten Stromdichtemessung, kombiniert werden. Auf diese Weise werden einzelne Komponenten, wie zum Beispiel die Gasdiffusionsschichten, charakterisiert. KW - Computertomographie KW - Elektronentomographie KW - Neutronentomographie KW - Brennstoffzelle KW - Stromdichtemessung KW - Wassermanagement PY - 2013 DO - https://doi.org/10.3139/120.110429 SN - 0025-5300 VL - 55 IS - 3 SP - 207 EP - 213 PB - Hanser CY - München AN - OPUS4-27950 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kupsch, Andreas A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Lange, Axel A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. T1 - Application of the DIRECTT algorithm to sub-nanometer electron tomography N2 - Tomography data obtained from transmission electron microscopes are especially attractive due to their unrivaled spatial resolution in the nanometer range or even less, but they require enormous efforts in sample preparation and suffer from a diverse accumulation of experimental restrictions, which unavoidably result in fundamental reconstruction artifacts. These restrictions refer to: partial opacity, a limited view (limited angle or missing wedge), very few angles (with respect to the detector size), limited to a region of interest (ROI; due to the sample size), variable angular increments as well as sample degradation due the interactions with the electron beam. An advanced version of the DIRECTT (Direct Iterative Reconstruction of Computed Tomography Trajectories) algorithm proves to cope with most of these severe deviations from ideal CT measuring conditions. However, careful data preprocessing is required in order to exploit the capabilities of the algorithm. Nanometer sized Ruthenium catalyst particles for fuel cell applications are 3D imaged at a few Ångström resolution in order to estimate their partial free surface on carbon black supports, which rule the efficiency of the catalytic activity. Comparisons of DIRECTT reconstructions to the conventional filtered back projection, prove the significant improvements. T2 - DIR 2011 - International symposium on digital industrial raidology and computed tomography CY - Berlin, Germany DA - 20.06.2011 KW - Electron tomography KW - Computed tomography KW - Reconstruction algorithms PY - 2011 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-243577 SN - 978-3-940283-34-4 IS - DGZfP-BB 128 (Tu.3.3) SP - 1 EP - 6 PB - Deutsche Gesellscahft für Zerstörungsfreie Prüfung e.V. (DGZfP) AN - OPUS4-24357 LA - eng AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Arlt, Tobias A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. A1 - Markötter, H. A1 - Krüger, P. A1 - Haussmann, J. A1 - Hilger, A. A1 - Kardjilov, N. A1 - Hartnig, C. A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Wippermann, K. A1 - Banhart, J. T1 - Tomografische Methoden für die Brennstoffzellenforschung N2 - Auf Grund des hohen Wirkungsgrades und der vielfältigen Einsatzmöglichkeiten stellen Brennstoffzellen sowie Brennstoffzellenverbünde eine vielversprechende Energiequelle dar. Daher ist es wichtig, die Prozesse während des Betriebs einer Brennstoffzelle exakt charakterisieren zu können, um diese im nächsten Schritt zu optimieren. So ist ein ausbalanciertes Wassermanagement in einer mit Wasserstoff betriebenen Zelle ausschlaggebend für ihre Leistungsfähigkeit. Für eine dauerhafte Leistungsfähigkeit muss das entstehende Wasser die Membran feucht halten, um so die Protonenleitfähigkeit aufrecht zu erhalten. Zu viel Wasser kann jedoch die Gaszufuhr durch die porösen Materialien in Richtung Membran verhindern. Alterungsphänomene der einzelnen Komponenten können dieses sensible Wassermanagement stören und so die Leistungsfähigkeit einer Brennstoffzelle herabsetzen. Zum tieferen Verständnis der Wasserverteilung werden zerstörungsfreie Methoden, wie zum Beispiel die ex situ Neutronentomografie oder die in situ Synchrotronradiografie eingesetzt. Letztere Methode kann während des Brennstoffzellenbetriebs in Kombination mit weiteren Messmethoden, wie der ortsaufgelösten Stromdichtemessung, eingesetzt werden. So können einzelne Brennstoffzellenkomponenten, wie die Gasdiffusionsschichten, charakterisiert werden. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2011 CY - Bremen, Germany DA - 30.05.2011 KW - Computer-Tomographie KW - Rekonstruktionsalgorithmen KW - Röntgen-Kanten-Tomographie KW - Neutronen-Tomographie KW - Elektronen-Tomographie PY - 2011 UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:kobv:b43-250023 SN - 978-3-940283-33-7 IS - DGZfP-BB 127 (P7) SP - 1 EP - 8 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) AN - OPUS4-25002 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER - TY - CONF A1 - Kupsch, Andreas A1 - Lange, Axel A1 - Hentschel, Manfred P. A1 - Grothausmann, R. A1 - Manke, I. T1 - Verbesserte Elektronen-Tomographie mittels DIRECTT-Algorithmus N2 - Tomographische Messungen in Transmissions-Elektronenmikroskopen beziehen ihren Reiz aus der hohen Ortsauflösung im Nanometerbereich. Allerdings bringen sie neben dem hohen Aufwand bei der Probenpräparation auch eine außerordentliche Häufung von Restriktionen der Messung mit sich, die bei Verwendung herkömmlicher Rekonstruktionsalgorithmen zu erheblichen Artefakten führen. Diese Restriktionen betreffen: partielle Nichtdurchstrahlbarkeit, einen eingeschränkten Winkelbereich, wenige Projektionen in Bezug auf die Detektorgröße, Probenabbildungen größer als der Detektor, instabile Rotationsachse, variierende Winkelinkremente sowie Probenveränderungen während der Messung. Der DIRECTT-Algorithmus (Direkte iterative Rekonstruktion computertomographischer Trajektorien) kann, abgesehen von der Probenveränderung, sämtliche dieser Restriktionen geeignet berücksichtigen. Die auftretenden, teils unvollständigen Bahnen lassen sich mittels einer Treffertabelle und geeigneter Auswahl iterativ behandeln. Außerdem kann das Rekonstruktionsvolumen über die Detektorlänge hinaus erweitert werden. Damit gelingt eine weitgehende Unterdrückung von Rekonstruktionsartefakten, insbesondere der sonst dominanten Streifenartefakte, und eine deutliche Erhöhung der Ortsauflösung. Die Verbesserung der Rekonstruktionsqualität wird anhand von Modell- und experimentellen Daten gezeigt. T2 - DGZfP-Jahrestagung 2011 CY - Bremen, Germany DA - 30.05.2011 KW - Elektronen-Tomographie KW - Computer-Tomographie KW - Rekonstruktionsalgorithmen PY - 2011 SN - 978-3-940283-33-7 IS - DGZfP-BB 127 (P8) SP - 1 EP - 7 PB - Deutsche Gesellschaft für Zerstörungsfreie Prüfung (DGZfP) AN - OPUS4-25004 LA - deu AD - Bundesanstalt fuer Materialforschung und -pruefung (BAM), Berlin, Germany ER -