TY - THES

T1 - Untersuchung von reversiblen Festoxidzellen für die elektrochemische Energieumwandlung und -speicherung

AU - Binderbauer, Paul

N1 - nicht gesperrt

PY - 2019

Y1 - 2019

N2 - Die gegenwärtige Forschung an energiebezogenen Fragestellungen sieht immer mehr die Einbindung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft vor. Hierbei gibt es diverse Ansätze, um die im Wasserstoff gebundene chemische Energie nutzbar zu machen. Eine Möglichkeit bildet die Festoxidzelle, welche aufgrund ihres Aufbaus reversibel, also im Brennstoffzellen- (SOFC) und im Elektrolyse-Modus (SOEC), betrieben werden kann. Diese einfach auszuführende, reversible Arbeitsweise ist besonders im Einsatz von Verbundnetzen durchaus interessant und auch Gegenstand der vorliegenden Masterarbeit. Dabei werden Untersuchungen zu Festoxidzellen mit unterschiedlichen Zellkonfigurationen im SOFC und SOEC Betrieb durchgeführt. Diese erfolgen mit Hilfe einer Laborversuchsanlage am Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Montanuniversität Leoben, welche im Rahmen dieser Masterarbeit zusätzlich optimiert und verbessert wurde. Zudem wird der Einbau und Betrieb der zu prüfenden Testzellen detailliert beschrieben, um hierbei adäquate und vergleichbare Ergebnisse der Brennstoffzellen- und Elektrolysetests zu erhalten. Die in dieser Arbeit beschriebenen neun Zellen wurden dabei im Betrieb mit elektrochemischen Messungen getestet und nach den Tests in einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass der gesamte Zellwiderstand (ASR) im Elektrolyse-Modus kleiner als im Brennstoffzellen-Modus ist. Dieser Unterschied fällt insbesondere bei den untersuchten Elektrolyt-gestützten Zellen signifikant aus. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass bei 90 vol% Wasserdampfgehalt im zugeführten Gasstrom im Elektrolyse-Modus der Polarisationswiderstand der Zelle größer als bei den getesteten Gehalten von 50 vol% und 70 vol% ist. Des Weiteren zeigte die Anoden-gestützte Zelle mit der eingesetzten Luftelektrode Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ (PNCO291) die beste Zellperformance bei geringster Degradation.

AB - Die gegenwärtige Forschung an energiebezogenen Fragestellungen sieht immer mehr die Einbindung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft vor. Hierbei gibt es diverse Ansätze, um die im Wasserstoff gebundene chemische Energie nutzbar zu machen. Eine Möglichkeit bildet die Festoxidzelle, welche aufgrund ihres Aufbaus reversibel, also im Brennstoffzellen- (SOFC) und im Elektrolyse-Modus (SOEC), betrieben werden kann. Diese einfach auszuführende, reversible Arbeitsweise ist besonders im Einsatz von Verbundnetzen durchaus interessant und auch Gegenstand der vorliegenden Masterarbeit. Dabei werden Untersuchungen zu Festoxidzellen mit unterschiedlichen Zellkonfigurationen im SOFC und SOEC Betrieb durchgeführt. Diese erfolgen mit Hilfe einer Laborversuchsanlage am Lehrstuhl für Physikalische Chemie der Montanuniversität Leoben, welche im Rahmen dieser Masterarbeit zusätzlich optimiert und verbessert wurde. Zudem wird der Einbau und Betrieb der zu prüfenden Testzellen detailliert beschrieben, um hierbei adäquate und vergleichbare Ergebnisse der Brennstoffzellen- und Elektrolysetests zu erhalten. Die in dieser Arbeit beschriebenen neun Zellen wurden dabei im Betrieb mit elektrochemischen Messungen getestet und nach den Tests in einem Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Untersuchungen zeigen, dass der gesamte Zellwiderstand (ASR) im Elektrolyse-Modus kleiner als im Brennstoffzellen-Modus ist. Dieser Unterschied fällt insbesondere bei den untersuchten Elektrolyt-gestützten Zellen signifikant aus. Darüber hinaus konnte festgestellt werden, dass bei 90 vol% Wasserdampfgehalt im zugeführten Gasstrom im Elektrolyse-Modus der Polarisationswiderstand der Zelle größer als bei den getesteten Gehalten von 50 vol% und 70 vol% ist. Des Weiteren zeigte die Anoden-gestützte Zelle mit der eingesetzten Luftelektrode Pr2Ni0.9Co0.1O4+δ (PNCO291) die beste Zellperformance bei geringster Degradation.

KW - electrochemical

KW - conversion

KW - storage

KW - energy

KW - solide oxide

KW - fuel cell

KW - SOFC

KW - SOEC

KW - electrolysis

KW - Energieumwandlung

KW - elektrochemisch

KW - Festoxidzellen

KW - SOFC

KW - SOEC

KW - Hochtemperatur

KW - Energiespeicherung

KW - Elektrolyse

KW - Brennstoffzellen

KW - Wasserstoff

M3 - Masterarbeit

ER -