TY - THES

T1 - Untersuchung von Stromsammlerschichten zur Maximierung der Leistungsfähigkeit von Hochtemperaturelektrolysezellen

AU - Geiersberger, Phillip

N1 - nicht gesperrt

PY - 2024

Y1 - 2024

N2 - Bei Forschungsaktivitäten im Bereich erneuerbarer Energien rückt zunehmend die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft in den Fokus. Dabei gibt es verschiedene Ansätze, um die im Wasserstoff gebundene chemische Energie nutzbar zu machen. Eine vielversprechende Technologie ist die Festoxidzelle, die je nach Stromrichtung sowohl als Brennstoffzelle als auch als Elektrolysezelle betrieben werden kann. In dieser Masterarbeit werden Festoxidzellen mit keramischen Kompositen als Aktivschicht in Luftelektroden untersucht. Dazu wurden sowohl symmetrische Zellen als auch anodengestützte Vollzellen hergestellt und bei 800°C getestet. Die Charakterisierung der Elektrodenperformance erfolgte mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie und Strom-Spannungsanalysen. Zur Charakterisierung der Elektrodenmikrostruktur und der Qualität der Elektroden-Elektrolyt-Grenzschicht wurden von allen getesteten Zellen Querschnitte angefertigt und anschließend im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Ergebnisse zeigen klar, dass Luftelektroden mit einer Stromsammler-Schicht eine deutlich bessere Leistung erbringen als ohne. Es wurde auch geprüft, ob verschiedene Vorgehensweisen zur Aufbringung und Sintern der Schichten einen Einfluss auf die Elektrodenleistung haben. Dabei wurde festgestellt, dass ein gemeinsames Sintern der Aktiv- und der Stromsammler-Schicht das beste Ergebnis liefert. Die Erkenntnisse aus den Tests an symmetrischen Zellen wurden auf anodengestützte Vollzellen übertragen und das angestrebte Ziel einer Stromdichte von mindestens 1 A/cm² bei 800°C im Elektrolysebetrieb erreicht. Zukünftig sollen Stromsammler mit einer gröberen Mikrostruktur hergestellt und getestet werden, z.B. durch Verwendung von gröberem Pulver bzw. Einsatz von Porenbildnern.

AB - Bei Forschungsaktivitäten im Bereich erneuerbarer Energien rückt zunehmend die Nutzung von Wasserstoff als Energieträger der Zukunft in den Fokus. Dabei gibt es verschiedene Ansätze, um die im Wasserstoff gebundene chemische Energie nutzbar zu machen. Eine vielversprechende Technologie ist die Festoxidzelle, die je nach Stromrichtung sowohl als Brennstoffzelle als auch als Elektrolysezelle betrieben werden kann. In dieser Masterarbeit werden Festoxidzellen mit keramischen Kompositen als Aktivschicht in Luftelektroden untersucht. Dazu wurden sowohl symmetrische Zellen als auch anodengestützte Vollzellen hergestellt und bei 800°C getestet. Die Charakterisierung der Elektrodenperformance erfolgte mittels elektrochemischer Impedanzspektroskopie und Strom-Spannungsanalysen. Zur Charakterisierung der Elektrodenmikrostruktur und der Qualität der Elektroden-Elektrolyt-Grenzschicht wurden von allen getesteten Zellen Querschnitte angefertigt und anschließend im Rasterelektronenmikroskop untersucht. Die Ergebnisse zeigen klar, dass Luftelektroden mit einer Stromsammler-Schicht eine deutlich bessere Leistung erbringen als ohne. Es wurde auch geprüft, ob verschiedene Vorgehensweisen zur Aufbringung und Sintern der Schichten einen Einfluss auf die Elektrodenleistung haben. Dabei wurde festgestellt, dass ein gemeinsames Sintern der Aktiv- und der Stromsammler-Schicht das beste Ergebnis liefert. Die Erkenntnisse aus den Tests an symmetrischen Zellen wurden auf anodengestützte Vollzellen übertragen und das angestrebte Ziel einer Stromdichte von mindestens 1 A/cm² bei 800°C im Elektrolysebetrieb erreicht. Zukünftig sollen Stromsammler mit einer gröberen Mikrostruktur hergestellt und getestet werden, z.B. durch Verwendung von gröberem Pulver bzw. Einsatz von Porenbildnern.

KW - solid oxide electrolysis cell

KW - SOEC

KW - solid oxide fuel cell

KW - SOFC

KW - current collector

KW - air electrode

KW - Hochtemperaturelektrolysezelle

KW - SOEC

KW - Hochtemperaturbrennstoffzelle

KW - SOFC

KW - Stromsammler

KW - Luftelektrode

U2 - 10.34901/mul.pub.2024.148

DO - 10.34901/mul.pub.2024.148

M3 - Masterarbeit

ER -