Preparation and characterisation of self-generated composites for protonic ceramic fuel cells

Titel in Übersetzung: Herstellung und Charakterisierung von selbst-generierten Kompositen für protonenleitende keramische Brennstoffzellen

Christina Nader

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenMasterarbeit

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Abstract

Herausforderungen wie die globale Erwärmung, die Umweltverschmutzung, der steigende Energiebedarf und die Endlichkeit der fossilen Brennstoffe stellen uns vor die Aufgabe, alternative erneuerbare Energiesysteme zu finden. Ein Aspekt ist die Effizienzsteigerung neuer Technologien, die noch nicht vollständig entwickelt sind. Brennstoffzellen und Elektrolysezellen sind ein vielversprechender Ansatz, da sie umweltfreundlich und kostengünstig sind und höhere Wirkungsgrade als herkömmliche verbrennungsbasierte Systeme ermöglichen. Diese Arbeit befasst sich mit protonischen keramischen Brennstoffzellen (PCFC), einer Art von Brennstoffzelle, die protonenleitende Oxide als Elektrolytmaterial verwendet. Ein Grund, warum diese Technologie noch keine breite Anwendung gefunden hat, ist die begrenzte Leistungsdichte von PCFCs. Die schlechte Sauerstoffreduktionsrate an der Kathode ist der Hauptgrund, warum die Leistung nicht die Erwartungen erreicht. Da die Leistung der Kathode von den Komponentenmaterialien abhängt, ist die Entwicklung innovativer Kathodenmaterialien mit optimierten Eigenschaften ein wichtiger Bestandteil der Verbesserung von PCFCs. In dieser Arbeit werden drei verschiedene Komposite, hergestellt durch in-situ Phasenzersetzung, hinsichtlich ihrer Eigenschaften für den Einsatz als Kathodenmaterial untersucht. Die hergestellten Komposite basieren auf der Idee der dreifach leitenden Oxide (TCO), die Protonen, Sauerstoffionen und Elektronen gleichzeitig leiten können. Da es schwierig ist, diese Eigenschaften in nur einem Material zu vereinen, besteht unser Ansatz darin, ein Komposit zu schaffen, in dem zwei verschiedene Phasen zusammen diese Aufgabe erfüllen. Der erste Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Herstellung der Materialien mittels der "one-pot" Synthese, einer neuen Methode, die auf der in-situ Phasenzersetzung geeigneter Precursoren basiert. Der zweite Teil befasst sich mit der grundlegenden Charakterisierung der synthetisierten Komposite. Dazu werden strukturelle und chemische Analysen, sowie Untersuchungen der Masse- und Ladungstransporteigenschaften durchgeführt. Zu den angewandten Methoden gehören Röntgenbeugung (XRD), Rastertransmissionselektronenmikroskopie (STEM) und energiedispersive Röntgenspektrometrie (EDX), elektrische Leitfähigkeitsmessungen nach der van der Pauw-Methode und Leitfähigkeitsrelaxationsmessungen. Post-Test-Analysen mittels STEM-EDX werden eingesetzt, um detaillierte Einblicke in Effekte zu erhalten, die während der Messungen auftreten. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit werden mit Literaturdaten verglichen.
Titel in ÜbersetzungHerstellung und Charakterisierung von selbst-generierten Kompositen für protonenleitende keramische Brennstoffzellen
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDipl.-Ing.
Gradverleihende Hochschule
  • Montanuniversität
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Berger, Christian, Mitbetreuer (intern)
  • Bucher, Edith, Betreuer (intern)
Datum der Bewilligung25 Juni 2021
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2021

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Physikalische Chemie
  • Keramische Komposite
  • protonische Festelektrolytzellen
  • Leitfähigkeitsmessungen nach van der Pauw
  • Leitfähigkeitsrelaxationsmessungen

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