TY - THES

T1 - Herstellung und Charakterisierung neuer langzeitstabiler Anodenmaterialien für die Hochtemperaturelektrolyse

AU - Sampl, Kathrin

N1 - nicht gesperrt

PY - 2022

Y1 - 2022

N2 - Für die Steigerung der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen werden Energiespeicher in großem Ausmaß benötigt, um Schwankungen bei der Energiebereitstellung auszugleichen. Ein vielversprechendes Speichermedium ist Wasserstoff, welcher durch Hochtemperaturelektrolyse von Wasser aus erneuerbaren Energien mit hohem Wirkungsgrad hergestellt kann. Bei Strombedarf kann der erzeugte Wasserstoff über Hochtemperaturbrennstoffzellen wieder in elektrische Energie umgewandelt oder für die Umwandlung von Kohlendioxid in synthetische, kohlenstoffhaltige Brennstoffe herangezogen werden. In dieser Masterarbeit werden die Materialien La2Ni0,8Co0,2O4+δ und La1,8Pr0,2Ni0,8Co0,2O4+δ für deren Eignung als Sauerstoffelektrode für Hochtemperaturelektrolysezellen für die Herstellung von Wasserstoff untersucht. Die Materialen benötigen für diesen Zweck eine ausreichende Sauerstoffionenleitfähigkeit sowie elektronische Leitfähigkeit. Es werden daher Leitfähigkeitsrelaxationsmessungen zur Bestimmung der Oberflächenaustauschkoeffizienten und Diffusionskoeffizienten von Sauerstoff sowie elektronische Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt. Ebenfalls werden aus den Materialien Hochtemperaturelektrolysezellen hergestellt, welche anschließend auf ihre Performance untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Materialeigenschaften wie elektronische Leitfähigkeit, Oberflächenaustausch- und Diffusionskoeffizienten von La2Ni0,8Co0,2O4+δ und La1,8Pr0,2Ni0,8Co0,2O4+δ kaum voneinander unterscheiden und die entsprechenden Aktivierungsenergien ebenfalls sehr ähnlich sind. Es wird bestätigt, dass die untersuchten Nickelate eine niedrigere Aktivierungsenergie für die Sauerstoffdiffusion aufweisen als Perowskite. Im Gegensatz zur Literatur sind die Aktivierungsenergien für den Oberflächenaustausch von Sauerstoff jedoch höher. Die Performance der Zellen mit La2Ni0,8Co0,2O4+δ als Anodenmaterial erweist sich nicht als außergewöhnlich, kann allerdings durch Dotierung mit Praseodym merklich verbessert werden.

AB - Für die Steigerung der Nutzung von Strom aus erneuerbaren Energiequellen werden Energiespeicher in großem Ausmaß benötigt, um Schwankungen bei der Energiebereitstellung auszugleichen. Ein vielversprechendes Speichermedium ist Wasserstoff, welcher durch Hochtemperaturelektrolyse von Wasser aus erneuerbaren Energien mit hohem Wirkungsgrad hergestellt kann. Bei Strombedarf kann der erzeugte Wasserstoff über Hochtemperaturbrennstoffzellen wieder in elektrische Energie umgewandelt oder für die Umwandlung von Kohlendioxid in synthetische, kohlenstoffhaltige Brennstoffe herangezogen werden. In dieser Masterarbeit werden die Materialien La2Ni0,8Co0,2O4+δ und La1,8Pr0,2Ni0,8Co0,2O4+δ für deren Eignung als Sauerstoffelektrode für Hochtemperaturelektrolysezellen für die Herstellung von Wasserstoff untersucht. Die Materialen benötigen für diesen Zweck eine ausreichende Sauerstoffionenleitfähigkeit sowie elektronische Leitfähigkeit. Es werden daher Leitfähigkeitsrelaxationsmessungen zur Bestimmung der Oberflächenaustauschkoeffizienten und Diffusionskoeffizienten von Sauerstoff sowie elektronische Leitfähigkeitsmessungen durchgeführt. Ebenfalls werden aus den Materialien Hochtemperaturelektrolysezellen hergestellt, welche anschließend auf ihre Performance untersucht werden. Die Ergebnisse zeigen, dass sich die Materialeigenschaften wie elektronische Leitfähigkeit, Oberflächenaustausch- und Diffusionskoeffizienten von La2Ni0,8Co0,2O4+δ und La1,8Pr0,2Ni0,8Co0,2O4+δ kaum voneinander unterscheiden und die entsprechenden Aktivierungsenergien ebenfalls sehr ähnlich sind. Es wird bestätigt, dass die untersuchten Nickelate eine niedrigere Aktivierungsenergie für die Sauerstoffdiffusion aufweisen als Perowskite. Im Gegensatz zur Literatur sind die Aktivierungsenergien für den Oberflächenaustausch von Sauerstoff jedoch höher. Die Performance der Zellen mit La2Ni0,8Co0,2O4+δ als Anodenmaterial erweist sich nicht als außergewöhnlich, kann allerdings durch Dotierung mit Praseodym merklich verbessert werden.

KW - High-temperature electrolysis cell

KW - SOEC

KW - anode

KW - nickelate

KW - Hochtemperaturelektrolysezelle

KW - SOEC

KW - Anode

KW - Nickelate

M3 - Masterarbeit

ER -