Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, nanokristalline und laserpuls-strukturierte Elektroden für die alkalische Wasserelektrolyse zu untersuchten und hinsichtlich ihrer elektrokatalytischen Eigenschaft zu bewerten. Dabei besteht die Hauptaufgabe in der Aufklärung der Zusammenhänge zwischen der elektrokatalytischen Aktivität und der Struktur der Elektroden. Es soll der Effekt der nanokristallinen Kristallstruktur auf die Elektrodenaktivität aufgeklärt werden. Zudem stellt die elektrokatalytische Wirkung von Mo in Ni-Elektroden für die Wasserstoffentwicklungsreaktion eine zentrale Untersuchung in der vorliegenden Arbeit dar. Für die Sauerstoffentwicklungsreaktion soll der Einfluss von Fe in nanokristallinen Ni-Materialien näher analysiert und unter industriell relevanten Betriebsbedingungen bewertet werden. Zum anderen richtet sich der Fokus auf die Nutzung eines Ultrakurzpulslasers zur Strukturierung von Ni-Elektrodenoberflächen. Besonderes Augenmerk wird auf die Korrelation zwischen den individuellen Strukturmerkmalen, der erzielten Oberflächenvergrößerung und der elektrokatalytischen Aktivität bezüglich der Wasserstoffentwicklung gelegt. Zudem werden Langzeituntersuchungen bei Stromdichten von bis 1 A/cm² durchgeführt, um die Stabilität zu bewerten und Degradationsmechanismen aufzuklären.

The combination of direct laser interference patterning (DLIP) with laser-induced periodic surface structures (LIPSS) enables the fabrication of functional surfaces reported for a wide spectrum of materials. The process throughput is usually increased by applying higher average laser powers. However, this causes heat accumulation impacting the roughness and shape of produced surface patterns. Consequently, the effect of substrate temperature on the topography of fabricated features requires detailed investigations. In this study, steel surfaces were structured with line-like patterns by ps-DLIP at 532 nm. To investigate the influence of substrate temperature on the resulting topography, a heating plate was used to adjust the temperature. Heating to 250°C led to a significant reduction of the produced structure depths, from 2.33 to 1.06 µm. The reduction is associated with the appearance of a different LIPSS type, depending on the grain orientation of the substrates and laser-induced superficial oxidation. This study revealed a strong effect of substrate temperature, which is also to be expected when heat accumulation effects arise from processing surfaces at high average laser power.