Development of Solid Oxide Fuel Cell cathodes for operation at 600 °C

Titel in Übersetzung: Entwicklung von Kathoden für Festelektrolytbrennstoffzellen bei 600 °C Betriebstemperatur

Peter Ried

Publikation: Thesis / Studienabschlussarbeiten und HabilitationsschriftenDissertation

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Abstract

Kathoden für Festelektrolytbrennstoffzellen wurden für eine reduzierte Betriebstemperatur von 600 °C entwickelt. Die Hauptgründe dafür sind reduzierte Materialkosten und Degradation der Brennstoffzelle. Die Kathode trägt hauptsächlich zu den Verlusten der Brennstoffzelle bei und darum war das Ziel der Studie die Herstellung von Kathoden mit einem Polarisationwiderstand 0.5 Ohm cm2. Vier verschiedene Kathodenmaterialien, nämlich La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d, Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-d, La0.6Sr0.4Fe0.8O3-d and (La0.8Sr0.2)0.95Fe0.8O3-d bzgl. der relevanten Eigenschaften für den Brennstoffzellenbetrieb bei 600 °C verglichen. Die Materialeigenschaften wurden im Anschluss an die Synthese bzgl. der Phasenreinheit, der Partikelgrössenverteilung, der spezifischen Oberfläche, sowie der Sintereigenschaften verglichen. Der thermische Ausdehnungskoeffizient wurde an dichten Proben mittels Dilatometermessungen bestimmt. Pulver aller vier Materialien mit einer spezifischen Oberfläche 3 m2/g und zusätzlich phasenreine La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d Nanopulver mit 30 m2/g) konnten phasenrein hergestellt werden. Die thermische Ausdehnung aller Materialien außer (La0.8Sr0.2)0.95Fe0.8O3-d ( 12 ppm/K) ist weit größer (> 16 ppm/K) als für die verwendeten Elektrolytmaterialien ( 10 ppm/K) bei 600 °C. Dichte Proben in Tablettenform wurden von Pulvern allen vier Materialien unter Einbeziehung der Sintereigenschaften hergestellt. Die elektrische Leitfähigkeit, chemische Diffusions- und Oberflächenaustauschkoef-fizienten wurden mittels Leitfähigkeitsrelaxation in der van der Pauw Geometrie bestimmt. Leitfähigkeiten zwischen 48 und 411 S cm-1 wurden bei 600 °C, chemische Diffusionskoeffizienten > 1E-5 cms-2 (außer La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d) und Oberflächenflächenaustauschkoeffizienten > 1E-3 cm s-1 bei 700 °C wurden bestimmt. La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d wurde aufgrund seiner hohen elektrischen Leitfähigkeit und der Möglichkeit der Herstellung von Nanopulver zur Herstellung von Kathoden ausgewählt. Mikrostrukturen und Polarisationswiderstände von verschiedenen Kathoden, hergestellt aus Pulvern verschiedener Korngröße sowie Kompositmischungen wurden verglichen. Der Grossteil der Kathoden wies eine dichte Mikrostruktur mit Porositäten unter 20 % auf und der niedrigste Polarisationswiderstand war 0.76 Ohm cm bei 592 °C. Ähnliche Werte, modelliert mit den kinetischen Parametern, der Mikrostruktur und der Leitfähigkeit von La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.8O3-d wurden erhalten.
Titel in ÜbersetzungEntwicklung von Kathoden für Festelektrolytbrennstoffzellen bei 600 °C Betriebstemperatur
OriginalspracheEnglisch
QualifikationDr.mont.
Betreuer/-in / Berater/-in
  • Sitte, Werner, Beurteiler A (intern)
  • Hofer, Ferdinand, Beurteiler B (extern), Externe Person
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2009

Bibliographische Notiz

gesperrt bis null

Schlagwörter

  • Kathode Festelektrolytbrennstoffzelle Synthese Nanopulver Kompositkathode Sauerstoffaustauschkinetik Diffusion Oberflächenaustausch elektrische Leitfähigkeit Polarisationswiderstand Leitfähigkeitsrelaxation Impedanzspektroskopie Dilatometrie

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